Åttonde Nordiska Dricksvattenkonferensen - Svenskt Vatten
Åttonde Nordiska Dricksvattenkonferensen - Svenskt Vatten
Åttonde Nordiska Dricksvattenkonferensen - Svenskt Vatten
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Åttonde</strong> <strong>Nordiska</strong><br />
<strong>Dricksvattenkonferensen</strong><br />
Stockholm den 18–20 juni 2012<br />
Föredrag<br />
NORDIWA
På CD-skivan finns pdf- och<br />
powerpointfiler från föreläsningarna.<br />
Innehållsförteckningen visar hur filerna är namngivna
Förord<br />
Denna dokumentation innehåller föredrag och posterpresentationer från den 8:de<br />
<strong>Nordiska</strong> <strong>Dricksvattenkonferensen</strong>. Konferensen hålls i Stockholm 18–20 juni 2012.<br />
Den <strong>Nordiska</strong> dricksvattenkonferensen är ett forum för utbyte av erfarenheter och kunskaper<br />
mellan personer verksamma inom dricksvattenteknik i de nordiska länderna, både<br />
driftansvariga vid vattenverk, rådgivare och leverantörer till branschen samt forskare och<br />
myndigheter. Den är ett utmärkt tillfälle att ta del av pågående forskning samt träffa kolleger<br />
och diskutera gemensamma problem; stora delar av Norden har ju likartad vattenkvalitet<br />
även om tillgången på olika typer av råvatten är olika. Konferensen arrangeras vartannat<br />
år och är ett samarbete mellan ländernas branschorganisationer och NORDIWA (nordiska<br />
nätverket under IWA – International Water Association). Konferensen går runt bland de<br />
nordiska länderna, 2012 står <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> som arrangör.<br />
2012 års konferens handlar till stor del om säkerhet, både om ett säkert sätt framställa<br />
dricksvatten och att bibehålla kvaliteten i ledningsnätet. Programmet är indelat i fyra<br />
områden: management, säkerhet inom dricksvattenproduktionen, dricksvattenkvalitet<br />
och ledningsnät. Flera föredrag tar upp virus, från detektion och analys till källspårning,<br />
säkerhetsplanering och reningsmetoder. Reningsmetoder som avhandlas är bl.a. mixed<br />
bed-filtrering, ultrafilter och snabbsandfilter. Övervakning av kvaliteten både i råvatten och<br />
i distributionssystem tas upp i ett par föredrag. Annat som presenteras är användning av<br />
Dopplerteknik för kontroll av läckage och om hälsan påverkas av lättflyktiga ämnen från<br />
PEX-rör.<br />
Programmet har utifrån inkomna förslag satts ihop av en programkommitté bestående av:<br />
Charlotte Frambøl, Danva, Danmark<br />
Annika Lindholm, Nordvand, Danmark<br />
Riina Liikanen, VVY, Finland<br />
Veli-Pekka Vuorilehto, HSY, Finland<br />
Gústaf Adolf Skúlason, Samorka, Island<br />
Kjetil Furuberg, Norsk Vann, Norge<br />
Vidar Lund, FHI, Norge<br />
Gullvy Hedenberg, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Sverige<br />
Daniel Hellström, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>, Sverige<br />
Johanna Ansker, Stockholm <strong>Vatten</strong>, Sverige<br />
Utöver föredragsprogram och posterutställning görs ett studiebesök på Görvälnverket som<br />
distribuerar dricksvatten till 14 kommuner i norra Storstockholm. Kommunalförbundet<br />
Norrvatten ansvarar för vattenverket, som ligger i Järfälla kommun och tar råvatten från<br />
Mälaren.<br />
Under konferensen utdelas också årets ”The pumphandle award”. Det kommer från The<br />
John Snow Society, en organisation som arbetar med kvalitet och säkerhet inom dricksvattenförsörjning.<br />
John Snow var den som 1854 utförde den första epidemiologiska studien<br />
i världen, vilken kom fram till att kolera spreds med dricksvatten. Genom att se till att ett<br />
pumphandtag togs bort vid en misstänkt brunn fick han en pågående epidemi att upphöra.<br />
Stockholm juni 2012<br />
Gullvy Hedenberg
Innehåll<br />
Program<br />
Posterutställning<br />
Sida CD-numrering<br />
Session 1- Management<br />
Drick kranvatten – utvärdering och handledning<br />
av ett kommunikationsprojekt 9 1-1<br />
Implementering av managementsystem i vattentjänstföretag 15 1-2<br />
Regional riskbedömning av dricksvattenförsörjning 23 1-3<br />
Exempel på och erfarenheter av svenska arbetsmetoder för HACCP 31 1-4<br />
Benchmarkingmodell för dricksvattenförsörjning i Sverige 36 1-5<br />
Session 2- Säker dricksvattenförsörjning<br />
Riskhantering i vattenförsörjningen 42 2-1<br />
Förbättrad SCADA-säkerhet vid dricksvattenanläggningar 47 2-2<br />
Hantering av känslig information inom dricksvattenförsörjningen<br />
QMRA som stöd i säkerhetsplaneringen – minskning och<br />
55 2-3<br />
hantering av risk för norovirus via dricksvatten<br />
Kan klordioxid fungera som hygienisk barriär i<br />
58 2-4<br />
interna distributionssystem?<br />
Samband mellan nederbörd uppströms ett dricksvattenverk<br />
62 2-5<br />
och samtal till sjukvårdsupplysningen gällande mag-tarm symtom. 67 2-6<br />
VISK – Minskad risk för vattenburen smitta trots förändrat klimat 71 2-7<br />
Erfarenheter från workshopar om GDP och MRA 75 2-8<br />
NORVID projektet – analys av norovirus i dricksvatten 80 2-9<br />
Detektion av adenovirus i floden Glomma 85 2-10<br />
Ultrafilter – en oberoende mikrobiologisk barriär<br />
Modellering, övervakning och källspårning av<br />
86 2-11<br />
mikrobiologiska risker i råvatten 94 2-12
Innehåll<br />
Sida CD-numrering<br />
Session 3- Dricksvattenkvalitet<br />
Övervakning av förändringar av vattenkvaliteten i distributionssystem<br />
Nya metoder för on-line-detektering av mikrobiologisk<br />
100 3-1<br />
dricksvattenkvalitet<br />
Effekten av förbättrad vattenrening på mikroorganismer i Oslos<br />
105 3-2<br />
distributionssystem för vatten 115 3-3<br />
Mixed bed-filtrering i ytvattenrening 123 3-4<br />
Dricksvattenkriser berör oss alla! 131 3-5<br />
Ökad kunskap om snabbsandfilter<br />
Förändringar i sammansättningen av organiskt kol under<br />
133 3-6<br />
dricksvattenproduktion<br />
Analys av bakteriestammar i biofilmer i dricksvattennät i<br />
138 3-7<br />
södra Sverige<br />
Avancerad analys av hålrumsmembran i pilotförsök med<br />
142 3-8<br />
UF/koagulering 146 3-9<br />
Praktiska erfarenheter av avhärdning i fluidiserad bädd 151 3-10<br />
Session 4- Distributionssystem<br />
Förbättrad läckagekontroll genom Dopplerteknik och tryckreglering 156 4-1<br />
On-line-simulering av distributionssystem för dricksvatten<br />
Aqua fingerprint – en metod för att karakterisera löst organiskt<br />
161 4-2<br />
material i dricksvatten 165 4-3<br />
Påverkar lättflyktiga organiska ämnen från PEX-rör hälsan?<br />
Identitet och nedbrytbarhet för organiska ämnen från<br />
169 4-4<br />
PEX-rör i byggnader<br />
Sektionering i Hvidovre Forsyning – planering,<br />
173 4-5<br />
genomförande och övervakning 176 4-6<br />
Relining av huvudledningar och byggnadsinstallationer<br />
Säker dricksvattenkvalitet i vattenledningsnätet:<br />
184 4-7<br />
Åtgärder för att upprätthålla trycket i ledningsnätet 189 4-8<br />
Inträngning av markföroreningar i distributionsnätet 199 4-9<br />
Svensk utveckling av material i kontakt med dricksvatten 203 4-10
Program • Tisdag 19 juni<br />
10.00 Välkomstanförande<br />
Lena Söderberg, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>.<br />
Session 1: Management<br />
Ordförande: Charlotte Frambøl, Danva.<br />
Drick kranvatten – utvärdering och<br />
handledning av ett kommunikationsprojekt<br />
Nordkvist-Persson M, Sydvatten.<br />
Implementering av managementsystem i vattentjänstföretag<br />
Rosen Balder C, Schmidt S, Sidenius S, NIRAS.<br />
Regional riskbedömning av dricksvattenförsörjning<br />
Lindhe A, Rosén L, Pettersson T, Chalmers.<br />
Bergstedt O, Chalmers, Göteborg <strong>Vatten</strong>. Nordensten C, Livsmedelsverket.<br />
Exempel på och erfarenheter av svenska arbetsmetoder för HACCP<br />
Bennet M, WSP Sweden AB.<br />
Posterpresentation<br />
Benchmarkingmodell för dricksvattenförsörjning i Sverige<br />
Bondelind M, Pettersson T J R, Chalmers. Malm A, Bergstedt O,<br />
Göteborg <strong>Vatten</strong>. Lindgren J, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>.<br />
Lunch<br />
13.00 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning<br />
Ordförande: Riina Liikanen, Finlands vattenverksförening (VVY).<br />
Riskhantering i vattenförsörjningen<br />
Corfitzen C B, Albrechtsen H-J, Arnbjerg-Nielsen, Danmarks Tekniska<br />
Universitet. Andersen H S, Jørgensen C. DHI. Jacobsen P, Århus Vand A/S.<br />
Mollerup F, VandCenter Syd A/S. Lind S, Københavns Energi A/S.<br />
Heidemann G, Naturstyrelsen. Jensen R, Odense Kommune.<br />
Förbättrad SCADA-säkerhet vid dricksvattenanläggningar<br />
Johansson E, Kungliga Tekniska Högskolan.<br />
Posterpresentation<br />
Hantering av känslig information inom dricksvattenförsörjningen<br />
Wikström A-S, <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån AB.<br />
QMRA som stöd i säkerhetsplaneringen – minskning<br />
och hantering av risk för norovirus via dricksvatten<br />
Petterson S, Seidu R, Vraale L, Heistad A, Universitet för miljö-<br />
och biovetenskap. Ottoson J, Sveriges Lantbruksuniversitet.
Program • Tisdag 19 juni<br />
Kan klordioxid fungera som hygienisk<br />
barriär i interna distributionssystem?<br />
Tryland I, Wenneberg A C, Liltved H, NIVA.<br />
Samband mellan nederbörd uppströms ett dricksvattenverk<br />
och samtal till sjukvårdsupplysningen gällande mag-tarm symtom.<br />
Tornevi A, Forsberg B, Umeå Universitet.<br />
VISK – Minskad risk för vattenburen smitta trots förändrat klimat<br />
Blom L B, Friberg J, Kretsloppskontoret, Göteborg. Furuberg K, Norsk<br />
Vann. Lindgren P-E, Linköpings Universitet. Morrison G M, Chalmers.<br />
Myrmel M, Norges Veterinärhögskola. Ottosson J, Statens Veterinärmedicinska<br />
anstalt. Schultz A C, Danmarks Tekniska Universitet.<br />
Sal L S, Nedre Rommerike Vannverk. Simonsson M, Livsmedelsverket.<br />
Kaffe<br />
Ordförande: Veli-Pekka Vuorilehto, Helsingforsregionens miljötjänster (HSY)<br />
15.00 Erfarenheter från workshopar om GDP och MRA<br />
Heinicke G, DHI. Abrahamsson J, Almqvist H, Athley L, Göteborg<br />
<strong>Vatten</strong>. Häggström P, Stockholm <strong>Vatten</strong>. Pott B-M, Sydvatten.<br />
Hedenberg G, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>.<br />
NORVID projektet – analys av norovirus i dricksvatten<br />
Nyström F, Lindgren P-E, Linköpings Universitet. Ansker J, Häggström P,<br />
Stockholm <strong>Vatten</strong>. Ericsson P, Norrvatten. Athley E, Göteborg <strong>Vatten</strong>.<br />
Pott B-M, Sydvatten.<br />
Detektion av adenovirus i floden Glomma<br />
Rosado R C, Myrmel M, Norges Veterinärhögskola.<br />
Ultrafilter – en oberoende mikrobiologisk barriär<br />
Almqvist H, Rydberg H, Bergstedt O, Kjellberg I, Johansson A,<br />
Göteborg <strong>Vatten</strong>.<br />
Posterpresentation<br />
Modellering, övervakning och källspårning<br />
av mikrobiologiska risker i råvatten<br />
Sokolova E, Pettersson T J R, Chalmers. Åström J, Tyréns AB.<br />
Bergstedt O, Chalmers, Göteborg <strong>Vatten</strong>. Kjellberg I, Göteborg <strong>Vatten</strong>.<br />
Hermansson M, Göteborgs Universitet.<br />
16.30 John Snow Society<br />
Om John Snow, prisutdelning samt ”pump handle” föredrag.<br />
19.00 Konferensmiddag
Program • Onsdag 20 juni<br />
09.00 Session 3: Dricksvattenkvalitet<br />
Ordförande: Johanna Ansker, Stockholm <strong>Vatten</strong>.<br />
Övervakning av förändringar av vattenkvaliteten i distributionssystem<br />
Ikonen J, Juntunen P, Miettinen I T, Institutet för hälsa och välfärd (THL).<br />
Nya metoder för on-line-detektering<br />
av mikrobiologisk dricksvattenkvalitet<br />
Bjergaarde N E, Københavns Energi. Lindholm A, Nordvand.<br />
Hansson E, Roskilde Forsyning.<br />
Effekten av förbättrad vattenrening på<br />
mikroorganismer i Oslos distributionssystem för vatten<br />
Hem L J, SINTEF. Lund V, Anderson-Glenna A, Folkehelseinstituttet.<br />
Skaar I, Veterinaerinstituttet.<br />
Kaffe<br />
10.30 Mixed bed-filtrering i ytvattenrening<br />
Härkki H, Hiillos K, Helsingforsregionens Miljötjänster.<br />
Dricksvattenkriser berör oss alla!<br />
Nyström P-E, Nordensten C, Livsmedelsverket, Abrahamsson E-M, AKRAB<br />
Ökad kunskap om snabbsandfilter<br />
Albrechtsen H-J, Gülay A, Lee C, Tatari K, Lin K, Musovic S, Smets B F,<br />
Danmarks Tekniska Universitet. Boe-Hansen R, Borch Nielsen P, Krüger.<br />
11.30 Posterpresentation<br />
Förändringar i sammansättningen av<br />
organiskt kol under dricksvattenproduktion<br />
Lavonen E, Köhler S J, Sveriges Lantbruksuniversitet. Tranvik L,<br />
Uppsala Universitet. Gonsior M, Linköpings Universitet. Ansker J,<br />
Stockholm <strong>Vatten</strong>.<br />
Analys av bakteriestammar i biofilmer i dricksvattennät i södra Sverige<br />
Lührig K, Persson K M, Lunds Universitet, Sydvatten.<br />
Canbäck B, Johansson T, Tunlid A, Rådström P, Lunds Universitet.<br />
Avancerad analys av hålrumsmembran i pilotförsök med UF/koagulering<br />
Keucken A, VIVAB. Donose B C, The University of Queensland.<br />
Persson K M, Sydvatten.<br />
Praktiska erfarenheter av avhärdning i fluidiserad bädd<br />
Midlöv E, VA SYD. McCleaf P, Uppsala <strong>Vatten</strong> och Avfall.<br />
Pott B-M, Persson K M, Sydvatten.
Program • Onsdag 20 juni<br />
Lunch<br />
13.20 Session 4: Distributionssystem<br />
Ordförande: Kjetil Furuberg, Norsk Vann<br />
Förbättrad läckagekontroll genom Dopplerteknik och tryckreglering<br />
Ekblad T, Moberg F, Göteborg <strong>Vatten</strong>.<br />
On-line-simulering av distributionssystem för dricksvatten<br />
Aksela K, Aalto Universitet.<br />
14.00 Posterpresentation<br />
Aqua fingerprint – en metod för att<br />
karakterisera löst organiskt material i dricksvatten<br />
Boe-Hansen R, Krüger. Stedmon C, Arvin E,<br />
Danmarks Tekniska Universitet.<br />
Påverkar lättflyktiga organiska ämnen från PEX-rör hälsan?<br />
Lund V, Anderson-Glenna M, Steffensen I-L, Folkehelsoinstituttet.<br />
Skjevrak I, Statoil.<br />
Identitet och nedbrytbarhet för<br />
organiska ämnen från PEX-rör i byggnader<br />
Arvin E, Albrechtsen H-J, Corfitzen C B, Jelinkóva Z, Lützhøft H-C H,<br />
Olsson M E, Ryssel S T, Waul C K, Danmarks Tekniska Universitet.<br />
Kaffe<br />
15.00 Sektionering i Hvidovre Forsyning<br />
– planering, genomförande och övervakning<br />
Isager Hedegaard L, Hvidovre Forsyning. Jansen G M, Eiris M B, ALECTIA.<br />
Relining av huvudledningar och byggnadsinstallationer<br />
Pelto-Huikko A, Kaunisto T, WANDER.<br />
Säker dricksvattenkvalitet i vattenledningsnätet:<br />
Åtgärder för att upprätthålla trycket i ledningsnätet<br />
Mosevoll G, Skiens kommun.<br />
16.00 Posterpresentation<br />
Inträngning av markföroreningar i distributionsnätet<br />
Bäckström M, Eklund M, Wikström A-S, <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån.<br />
Svensk utveckling av material i kontakt med dricksvatten<br />
Rod O, Swerea KIMAB.<br />
16.20 Sammanfattning
Posterutställning<br />
Postrar knutna till posterpresentationer<br />
Benchmarkingmodell för dricksvattenförsörjning i Sverige<br />
Bondelind M, Pettersson T J R, Chalmers, Malm A, Bergstedt O, Göteborg <strong>Vatten</strong>, Lindgren J, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>.<br />
Hantering av känslig information inom dricksvattenförsörjningen<br />
Wikström A-S, <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån AB.<br />
QMRA som stöd i säkerhetsplaneringen – minskning<br />
och hantering av risk för norovirus via dricksvatten<br />
Petterson S, Seidu R, Vraale L, Heistad A, Universitet för miljö- och biovetenskap,<br />
Ottoson J, Sveriges Lantbruksuniversitet.<br />
Kan klordioxid fungera som hygienisk barriär i interna distributionssystem?<br />
Tryland I, Wenneberg A C, Liltved H, NIVA.<br />
Samband mellan nederbörd uppströms ett dricksvattenverk och<br />
samtal till sjukvårds upplysningen gällande mag-tarmsymtom.<br />
Tornevi A, Forsberg B, Umeå Universitet.<br />
VISK – Minskad risk för vattenburen smitta trots förändrat klimat<br />
Blom L B, Friberg J, Kretsloppskontoret, Göteborg, Furuberg K, Norsk Vann, Lindgren P-E, Linköpings Universitet,<br />
Morrison G M, Chalmers, Myrmel M, Norges Veterinärhögskola, Ottosson J, Statens Veterinärmedicinska anstalt,<br />
Schultz A C, Danmarks Tekniska Universitet, Sal L S, Nedre Rommerike Vannverk, Simonsson M, Livsmedelsverket.<br />
Modellering, övervakning och källspårning av mikrobiologiska risker i råvatten<br />
Sokolova E, Pettersson T J R, Chalmers, Åström J, Tyréns AB, Bergstedt O, Chalmers & Göteborg <strong>Vatten</strong>,<br />
Kjellberg I, Göteborg <strong>Vatten</strong>, Hermansson M, Göteborgs Universitet.<br />
Dricksvattenkriser berör oss alla!<br />
Nyström P-E, Nordensten C, Livsmedelsverket, Abrahamsson E-M, AKRAB.<br />
Förändringar i sammansättningen av organiskt kol under dricksvattenproduktion<br />
Lavonen E, Köhler S J, Sveriges Lantbruksuniversitet, Tranvik L, Uppsala Universitet,<br />
Gonsior M, Linköpings Universitet, Ansker J, Stockholm <strong>Vatten</strong>.<br />
Analys av bakteriestammar i biofilmer i dricksvattennät i södra Sverige<br />
Lührig K, Persson K M, Lunds Universitet & Sydvatten.<br />
Canbäck B, Johansson T, Tunlid A, Rådström P, Lunds Universitet,<br />
Avancerad analys av hålrumsmembran i pilotförsök med UF/koagulering<br />
Keucken A, VIVAB, Donose B C, The University of Queensland, Persson K M, Sydvatten.<br />
Praktiska erfarenheter av avhärdning i fluidiserad bädd<br />
Midlöv E, VA SYD, McCleaf P, Uppsala <strong>Vatten</strong> och Avfall, Pott B-M, Persson K M, Sydvatten.<br />
Aqua fingerprint – en metod för att karakterisera löst organiskt material i dricksvatten<br />
Boe-Hansen R, Krüger, Stedmon C, Arvin E, Danmarks Tekniska Universitet.
Posterutställning<br />
Påverkar lättflyktiga organiska ämnen från PEX-rör hälsan?<br />
Lund V, Anderson-Glenna M, Steffensen I-L, Folkehelsoinstituttet, Skjevrak I, Statoil.<br />
Identitet och nedbrytbarhet för organiska ämnen från PEX-rör i byggnader<br />
Arvin E, Albrechtsen H-J, Corfitzen C B, Jelinkóva Z, Lützhøft H-C H, Olsson M E, Ryssel S T, Waul C K,<br />
Danmarks Tekniska Universitet.<br />
Inträngning av markföroreningar i distributionsnätet<br />
Bäckström M, Eklund M, Wikström A-S, <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån<br />
Svensk utveckling av material i kontakt med dricksvatten<br />
Rod O, Swerea KIMAB<br />
Postrar<br />
Automated monitoring of fecal contamination of water source<br />
improves the raw water quality in Gothenburg<br />
Movig T, Colifast<br />
Disinfection of fungi in drinking water biofilms<br />
Pursiainen A, Institutet för hälsa och välfärd (THL) & Kuopio Universitet,<br />
Wortberg T, University of Duisberg-Essen, Hyvärinen A, Miettinen I T, Institutet för hälsa och välfärd (THL).<br />
Drinking water reservoirs – problem areas and preventive maintenance<br />
Mattsson M, Amphi-tech Service<br />
Effect of strainer pore size distribution on residual particle content<br />
in lake water for artificial recharge in the Vomb basin<br />
Persson K M, Pott B-M, Sydvatten, Eckberg C, Hérail E, Since C, Universite de Limoges.<br />
GenoMembran – removal of natural organic matter from lake water with membrane technology<br />
Persson K M, Sydvatten<br />
Investigating drinking water outbreaks and monitoring micribiological raw water quality<br />
Hallin E, Allestam G, Schönning C, Smittskyddsinstitutet<br />
Microbial removal of manganese in rapid sand filters<br />
Lin K. Smets B F, Albrechtsen H J, Danmarks Tekniska Universitet<br />
Microbiological pollution from small traffic related urban catchments<br />
Czemiel Berndtsson J, Persson K M, Sydvatten<br />
On-line modelling and active leakage management<br />
Høgh K, NIRAS<br />
Operational use of hydraulic on-line modelling<br />
Elkjaer L, NIRAS
Posterutställning<br />
Satellite data for raw water quality mapping<br />
Persson K M, Sydvatten, Philipson P, Brockmann Geomatics Sweden AB, Carlsson M, Länsstyrelsen i Jönköpings län,<br />
Stibe L, Länsstyrelsen i Hallands län, Andersson M, Länsstyrelsen i Kronobergs län.<br />
Ultrafiltration for detection of bacterial biothreat contaminants in drinking water<br />
Karlsson L, Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI), Hallin E, Schönning C, Smittskyddsinstitutet,<br />
Lundin-Zumpe A, Ågren P, Lavander M, Livsmedelsverket, Stephansson O, Statens Veterinärmedicinska Anstalt.<br />
Water disinfection using ultraviolet light emitting diodes<br />
Rantalankila M, Lappeenranta Universitet
Session 1: Management<br />
Drick kranvatten – utvärdering och<br />
handledning av ett kommunikationsprojekt 12<br />
Implementering av managementsystem<br />
i vattentjänstföretag 15<br />
Regional riskbedömning av<br />
dricksvattenförsörjning 23<br />
Exempel på och erfarenheter av svenska<br />
arbetsmetoder för HACCP 31<br />
Benchmarkingmodell för dricksvatten-<br />
försörjning i Sverige 36<br />
11
Drick kranvatten – ett kommunikationsprojekt<br />
Marie Nordkvist Persson<br />
Sydvatten AB, Skeppsgatan 19, 211 11 MALMÖ<br />
Abstract: The largest communication project in drinking water in Sweden has been carried out in the<br />
owner-municipalities of Sydvatten during three years. The project Drink tap water aims at schools and is<br />
co-financed by Sydvatten and the 15 owner-municipalities. The aim is to increase knowledge about tap<br />
water and to raise the status of tap water among the customers in order to get young people to drink more<br />
tap water.<br />
In the spring 2012, the project has been evaluated and a tutorial on how knowledge and experiences of<br />
communication about drinking to teenagers has been developed. The feedback from participating teachers<br />
and students has been documented and compared with the theories of strategic communications. A<br />
tutorial on how a corresponding communication project aimed at schools can be implemented targeting<br />
other players in the water industry has also been developed.<br />
Kranvatten är hälsosamt, billigt och miljövänligt. Det är det huvudsakliga budskapet i skolprojektet Drick<br />
kranvatten som riktar sig till elever i årskurs 6-9. Projektets omfattning och karaktär saknar motstycke i<br />
Sverige. Drick kranvatten drivs av Sydvatten AB, en av landets största dricksvattenproducenter, i<br />
samarbete med företagets delägarkommuner. Syftet är att informera unga konsumenter om kranvattnets<br />
många förtjänster.<br />
På produktens egen webbplats www.drickkranvatten.se finns vattenfakta och färdiga lektionsförslag som<br />
underlättar för lärarna att lyfta in olika aspekter av vatten i undervisningen. Lektionerna är kopplade till<br />
kursplanernas centrala innehåll i Lgr11, grundskolans läroplan, för NO, SO med flera ämnen.<br />
Frågesporter, vattentävlingar och en Facebook-grupp har också lagts till för att stödja initiativet.<br />
100 skolor och 30 000 elever<br />
Målet med Drick kranvatten-projektet i sin helhet är att göra kranvatten till en naturlig del av skolans<br />
miljö- och hälsoarbete. Efter att ha arbetat med Drick kranvatten bör eleverna känna till:<br />
att tillgång till rent vatten är avgörande för vår hälsa.<br />
att floder, sjöar och grundvatten är viktiga som dricksvattenkällor.<br />
att svenskt kranvatten är av mycket hög kvalitet.<br />
att kranvatten är ett hälsosamt dryckesval.<br />
att kranvatten är billigt, ca 1 000 gånger billigare än flaskvatten eller läsk.<br />
att kranvatten är ett bra miljöval.<br />
Eleverna bör dessutom kunna reflektera över:<br />
vattenproblematik i världen med ledorden: fördelning, tillgång och brist.<br />
behovet av friskt vatten i ett globalt perspektiv och vilka följder bristen på rent vatten kan få.<br />
vatten som orsak till konflikt och samarbete mellan regioner respektive länder.<br />
Projektet omfattar 100 skolor med sammanlagt cirka 30 000 elever. En projektledare, som är både lärare<br />
och journalist, har värvats för att introducera Drick kranvatten på skolorna, utveckla det pedagogiska<br />
materialet samt stödja lärarna under arbetet med tema vatten.<br />
När eleverna har arbetat med vattentemat får skolan en kranvattenautomat som ger både kylt vanligt<br />
kranvatten och kolsyrat kranvatten. Alla elever får även sportflaskor med Drick kranvatten-tryck.<br />
När kranvattenautomaten är installerad arrangerar skolorna invigningsceremonier med underhållning och<br />
aktiviteter kopplade till kranvattentemat, till exempel sånger, frågesporter, fototävlingar, uppvisningar<br />
och maskerader.<br />
På den skola i varje kommun som först kommer med i Drick kranvatten-projektet arrangerar Sydvatten en<br />
kommunpremiär då en grupp parkour-artister uppträder för skolans elever och personal.<br />
12 Session 1: Management
För att ytterligare öka intresset för kranvattenautomaterna utrustas vissa av dem med en så kallad<br />
pratkran. En rörelsesensor startar inspelade vattenbudskap som slumpmässigt spelas upp när någon<br />
närmar sig för att hämta vatten.<br />
Samarbete för affärsmässig samhällsnytta<br />
Sydvatten AB är ett kommunägt företag som producerar dricksvatten till 850 000 invånare i 16<br />
delägarkommuner i Skåne. Bolaget levererar dricksvattnet till kommungränserna, därefter tar respektive<br />
kommun över distributionen inom det egna området.<br />
Då Sydvatten är ett kommunägt aktiebolag är samarbete för affärsmässig samhällssnytta en av<br />
grundstenarna. Bolaget ska vara konkurrenskraftigt, ta del av utvecklingen inom branschen samt bidra till<br />
kommunernas utveckling. Samhällsnyttan går före vinstmaximering genom ett mycket långsiktigt<br />
ansvarstagande för att säkerställa dricksvattenleveranserna till ett rimligt pris. Ett av ägarnas uppdrag till<br />
bolaget är att skapa ytterligare samhällsnytta genom att kommunicera värdet av kranvatten och lyfta fram<br />
kranvattnets höga kvalitet.<br />
Behov och hot<br />
Till för några år sedan fanns knappast något behov av att sprida information om kranvatten. Sverige har<br />
mycket vatten av god kvalitet. Tjänsterna för att leverera vatten och ta hand om avloppsvatten är<br />
offentligt ägda. De finansieras genom taxor, enligt självkostnadsprincipen, och får inte generera vinst. De<br />
flesta framtidsfrågor som diskuterades inom branschen rörde teknik och produktion, till exempel<br />
klimatförändringars inverkan på försörjningstryggheten.<br />
Men saker har förändrats. Produkten kranvatten började under 1990-talets slut att utsättas för nya typer av<br />
hot och konkurrens:<br />
Kommersiella intressen, bryggerinäringen, producerar bordsvatten som beskrivs såsom<br />
hälsosammare och renare än kranvatten.<br />
Livsstilsprogram uppmanar folk att köpa och dricka vatten på flaska.<br />
Restauranger serverar kranvatten som har filtrerats lokalt och påstås vara renare och smaka<br />
bättre än vanligt kranvatten.<br />
Debatter om medicinska och kemiska rester i kranvatten riskerar att skapa osäkerhet hos<br />
allmänheten.<br />
Med hänsyn till ovanstående gjordes på Sydvatten bedömningen att det förelåg ett uppenbart<br />
informationsbehov om kranvatten som en nyttig, billig och klimatsmart dryck.<br />
Mål och målgrupper<br />
Målsättningen med Drick kranvatten är att öka medvetenheten om kranvattnets värde, att stärka<br />
kranvattnets varumärke och att bibehålla tilliten till och förtroendet för vårt dricksvatten. Valet av<br />
målgrupp är grundskoleelever i åldrarna 13–16 år och baseras på:<br />
att ungdomar i denna ålder är stora läskkonsumenter.<br />
att många tonåringar börjar reflektera över kropp, diet och sportaktiviteter på ett nytt sätt.<br />
att unga människor behöver uppmuntras att tänka på hur deras val av dryck påverkar hälsa,<br />
ekonomi och miljö.<br />
att ungdomar har egna pengar, gör egna inköp och skapar sina egna vanor.<br />
att ungdomar har avsevärt inflytande över sina familjers inköpsvanor.<br />
Ett kommunalt samarbete<br />
Inom bolaget finns sedan länge tre plattformar för samarbete mellan delägarna. På dessa plattformar möts<br />
representanter från teknik-, finans- och kommunikationsavdelningarna regelbundet och håller sig<br />
uppdaterade om utvecklingen inom dricksvattensektorn. Drick kranvatten-projektet har förberetts av<br />
kommunikationsgruppen. Projektet är ett samarbete mellan Sydvatten och delägarkommunernas VAorganisationer.<br />
Den totala budgeten för projektet är omkring 5 miljoner kronor – hälften av beloppet<br />
kommer från bolaget och hälften från delägarkommunerna.<br />
Session 1: Management 13
Preliminära slutsatser<br />
Drick kranvatten utvärderas regelbundet genom att lärare och elever besvarar enkäter. Enkätsvaren visar<br />
på positiva resultat av projektet. 78 % av eleverna svarar att de under skoltid väljer att dricka kranvatten<br />
istället för annan dryck efter att ha arbetat med Drick kranvatten. 52 % anger att de dricker mer<br />
kranvatten under skoltid jämfört med tidigare. 28 % anger att de dricker mer kranvatten även på fritiden.<br />
Drygt 70 % menar att de har fått ökad förståelse för hur viktigt vatten är för hälsa och miljö. 70 % anser<br />
att de har fått ökad förståelse för vad vatten kostar jämfört med andra drycker.<br />
Lärarnas enkätsvar tyder på att webbplatsen är ett användbart pedagogiskt redskap. En lärare beskriver<br />
den så här: ”En enorm samling mycket bra information som man kan använda för elevernas skull. Den<br />
sparade tid, och gav mig nya idéer.”<br />
Det allmänna stödet från lärarna är överväldigande. 97 % av lärarna säger att de har haft nytta av<br />
lektionsförslagen och att de har besparat dem förberedelsetid. 99 % av lärarna är positiva till Drick<br />
kranvatten och projektets resultat på den egna skolan.<br />
Under 2012 genomför Institutionen för strategisk kommunikation vid Lunds Universitet, Campus<br />
Helsingborg, en utvärdering av elev- och lärarenkäterna. Den kvantitativa analysen har kompletterats med<br />
en kvalitativ undersökning i form av intervjuer med lärare och elever i ett antal skånska skolor.<br />
Utvärderingen, samt en handledning för att genomföra ett motsvarande kommunikationsprojekt av andra<br />
aktörer inom VA-branschen, kommer att redovisas under hösten 2012. Utvärderingen/handledningen<br />
finansieras av Sydvatten tillsammans med medel från <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling och kommer att<br />
publiceras som SVU-rapport.<br />
Handledningen utgår från konkreta erfarenheter och praktiska tips. Drick kranvatten har genomförts i tre<br />
steg: förankring i kommunerna, introduktion på skolorna och genomförande på skolorna.<br />
Introduktionen har sett olika ut beroende på kommun och kommunstorlek. I mindre kommuner har<br />
projektledaren vanligen fått möjlighet att presentera Drick kranvatten på ett möte med alla rektorer. I<br />
vissa fall har projektledaren uppmanats av skolchefen att ta kontakt med respektive rektorer direkt. I stora<br />
kommuner, med mer än en skolförvaltning eller motsvarande organisation, har det krävts fler möten både<br />
horisontellt och vertikalt i kommunorganisationen. Målet har varit att även i de stora kommunerna få<br />
tillgång till skolchefernas/stadsdelarnas rektorsmöten.<br />
Underlätta och spara tid är nyckelord för att skolorna ska utnyttja erbjudandet om att ansluta sig till Drick<br />
kranvatten. Projektet ska ses som ett intressant erbjudande till skolorna och ett användbart hjälpmedel i<br />
den pedagogiska verksamheten.<br />
Det verkar inte finnas någon idealisk tidpunkt för att presentera ett projekt i skolorna. Skolpersonalen har<br />
alltid mycket att göra med planering inför en ny termin, avslut före ett lov, utvecklingssamtal, nationella<br />
prov, betygsättning, oväntade situationer som har uppstått osv. Vi har provat många olika tidpunkter. Det<br />
har fungerat något bättre om vi har nått rektorer och lärare väldigt tidigt på terminen eller helst innan<br />
terminen har startat, under personalens studiedagar.<br />
Rektorerna har sällan tid att ägna sig åt Drick kranvatten och för vår del är det viktigare att få<br />
direktkontakt med den eller de lärare som ska arbeta med projektet. Bäst har projektet fungerat på de<br />
skolor där vi har etablerat en positiv kontakt med en engagerad lärare. Kopplingen till kursplanernas<br />
centrala innehåll betonas vid introduktionen för att projektet nyttovärde ska framgå tydligt för lärarna.<br />
Vårt pedagogiska material ska ses som en hjälp till lärarna. Det är också viktigt att framhålla att lärarna<br />
inte behöver redovisa vad de gör i projektet, om de inte själva vill det genom att till exempel ladda upp<br />
eget material på hemsidan.<br />
De preliminära resultaten tyder på att fördjupad kunskap och förståelse för vattenfrågor bäst uppnås<br />
genom tematiskt och ämnesövergripande arbete på skolorna. Elever med en initialt positiv inställning till<br />
kranvatten tenderar att förstärkas i sin uppfattning genom Drick kranvatten-projektet.<br />
Vi konstaterar att ett kommunikationsprojekt kan påverka vanor och dryckesbeteenden. Vi är dock<br />
medvetna om att det är svårt att uppnå bestående förändringar i attityder och beteenden. För att lyckas är<br />
det avgörande att fortsätta bygga kunskap och förtroende hos målgruppen, i detta fall lärare och elever.<br />
14 Session 1: Management
Implementation of Management Systems in Water and Sewerage<br />
Utility Companies<br />
*Christian Rosen Balder, **Thomas Haurdahl, ***Stefan Schmidt<br />
* NIRAS, Sortemosevej 19, 3450 Allerød, crb@niras.dk, ** NIRAS, Sortemosevej 19, 3450 Allerød,<br />
tho@niras.dk, *** NIRAS, Åboulevarden 80, Postboks 615, 8100 Århus C, sts@niras.dk<br />
Abstract. The Danish branch of municipality owned water and sewerage companies has undergone major<br />
changes the last few years. From being an integrated part of the municipal organisation they have been<br />
separated from the municipality and turned into independent utility companies. At the same time there has<br />
been a major reconstruction of Danish municipalities going from 270 to less than 100. As a result hereof<br />
these newly started companies need to establish their own way of management. In this article we describe<br />
how to implement management systems successfully (ISO 14001, ISO 22000, ISO 9001, and OHSAS<br />
18001) in order to change the company culture from reactive to proactive. Experiences documented in this<br />
article are based upon project results from Danish utility companies:<br />
1. Guldborgsund: Implementation of Risk Management System in Water Supply<br />
2. Vordingborg: Implementation of Management Report in Multi Utility Company<br />
3. Hjørring: Strategic Development Plan for Assets in Water Supply<br />
4. Esbjerg: Implementation of Management Information System<br />
5. Energiforsyning Køge: Risk Management at Waste Water Treatment Plant<br />
and results from an interview study conducted in 2011 by NIRAS among 25 Managing Directors of larger<br />
utility companies in Denmark.<br />
Vand og afløbsselskaber - en ny industri<br />
Den danske forsyningssektor har undergået store forandringer. Der er på få år gennemført en<br />
kommunalreform, hvor antallet af kommuner er reduceret fra ca. 270 til ca. 100 og efterfølgende er den<br />
kommunale drift af vand- og afløbsaktiviteter udskilt i selvstændige selskaber. Med introduktionen af<br />
selvstændige selskaber og flere forsyningsgrene under samme selskab er kravene til ledelsen og deres<br />
systemer blevet ændret. Derfor er der skabt behov for et mere dedikeret fokus på selskabets forpligtelser i<br />
forhold til kunder, myndigheder og samfund. Det betyder et skifte i holdninger og driftsfilosofi. Hvor<br />
man tidligere så udgifter som hovedfokusområde, må man nu også se på områder som interessenternes<br />
krav og forventninger samt selskabets behov for udvikling af kompetencer. I januar 2012 gennemførte<br />
NIRAS en interviewundersøgelse med deltagelse af 25 direktører fra nyetablerede kommunalt ejede<br />
forsyningsselskaber. Analysen viste en klar tendens til, at ledelserne i de danske vand- og afløbsselskaber<br />
er indstillet på at gennemføre en markant udvikling af selskabernes effektivitet, økonomistyring, miljø og<br />
forsyningssikkerhed (inkl. drikkevandskvalitet). Reformen i vand- og afløbsselskaberne har med andre<br />
ord dannet grundlag for, at der er skabt en ny industri i Danmark.<br />
Dette skifte betyder, at vi i stigende omfang ser forsyningsselskaber implementere ledelsessystemer, som<br />
i dag er gængse inden for de traditionelle industriområder.<br />
Forudsætninger for succes med ledelsessystemer<br />
Det er vores erfaring, at forsyningsselskaberne må gå fra et reaktivt ledelsessyn til et proaktivt og<br />
forudsigende ledelsessyn, se figur 1. Populært sagt må man væk fra holdningen, at planlægning og<br />
forebyggelse ikke kan betale sig og man må tro på, at der er et forbedringspotentiale, som kan indfris<br />
gennem løbende forbedringer. Det reaktive ledelsessyn kommer bl.a. til udtryk, når man bevidst fravælger<br />
forebyggende vedligehold. Det kan forsvares, hvis man alene ser det ud fra et rent driftsøkonomisk<br />
synspunkt. Det er bare ikke driftssikkert, det er ikke miljøvenligt, og det er ikke udviklende for selskabet.<br />
Session 1: Management 15
Investeringer i ledelsessystemer handler derfor om mere end driftsøkonomi, det handler om at opnå et<br />
mere sikkert og miljøvenligt vand- og afløbsselskab.<br />
Ledelsessystemer er ikke et mål i sig selv. Der er nogle, som fejlagtigt betragter et ISO certifikat som et<br />
mål i sig selv. Ledelsessystemet er et middel/værktøj, der hjælper selskabet til at nå ønskede mål.<br />
Vellykket implementering af ledelsessystemer i forsyningsselskaber starter med ledelsens udtrykte ønske<br />
om at ville forbedre selskabets resultater gennem forebyggelse og gennem løbende forbedringer. Ledelsen<br />
skal ville det så meget, at de ikke kan lade være med at efterspørge (ofte kaldet: Træk på engelsk: Pull), at<br />
der er styr på tingene. Dvs. de efterspørger, at arbejdsopgaver planlægges, resultaterne evalueres og<br />
indsatserne løbende forbedres med udgangspunkt i beslutninger baseret på fakta.<br />
Figur 1: Holdnings- og kompetenceskifte ved indførelse af ledelsessystemer<br />
Vision, mission og værdier<br />
Fastsættelse og kommunikation af vision, mission og værdier danner et grundlag, hvor der bakkes op om<br />
de aktiviteter, der udgør ledelsessystemet. I visionen formuleres den idealsituation, som ledelsessystemet<br />
skal hjælpe med til at opnå, fx: Vi vil levere drikkevand af høj kvalitet, effektivt og til rimelige priser med<br />
respekt for miljøet.<br />
I missionen fastsættes den grundpræmis, som skal være til stede for, at visionen kan opnås, fx: Det er os,<br />
der styrer anlæggene - ikke anlæggene, der styrer os.<br />
Formulering af værdierne kan hjælpe med til at fremme nye holdninger og adfærd hos medarbejderne.<br />
Det kan fx handle om samarbejde (åbenhed, ærlighed, loyalitet, fællesskab), hvordan man arbejder (efter<br />
planer, standardiseret, gør tingene rigtigt første gang/effektivt, disciplineret osv.).<br />
Når selskaber ønsker at opnå endnu bedre resultater, ønsker de samtidigt forandringer i medarbejdernes<br />
værdier, holdning og adfærd. Det er i dette lys, at vision, mission og værdier kan anvendes som<br />
argumentation for en ønsket forandring. Med vision, mission og værdier har ledergruppen en ensartet,<br />
gennembearbejdet, og (forhåbentlig) overbevisende argumentation, når de skal svare på spørgsmål som:<br />
Hvorfor skal vi bruge ekstra tid til at planlægge, vi har jo travlt nok i forvejen? Svar: (vision) Det er<br />
fordi, vi gerne vil levere drikkevand af høj kvalitet. (mission) Det kan vi kun gøre, hvis det er os, der<br />
styrer anlæggene og ikke anlæggene, der styrer os. (værdier) For at vi kan styre anlæggene, skal vi<br />
samarbejde, være åbne osv. osv.<br />
Ledelsessystemer (ISO 9001/14001/22000 og OHSAS 18001) bygger på otte fælles principper, som<br />
udtrykker den grundindstilling, der ligger bag. De er gode at sætte sig ind i, når man skal arbejde med<br />
ledelsessystemer.<br />
1. Kundefokus<br />
16 Session 1: Management
Virksomheder er afhængige af deres kunder, og de bør derfor forstå nuværende og fremtidige kundebehov,<br />
opfylde kundekrav og stræbe efter at overgå kundernes forventninger<br />
2. Lederskab<br />
Ledere skaber en helhed af formål og udviklingsretning for virksomheden. De bør skabe og opretholde et internt<br />
miljø i virksomheden, hvori medarbejderne kan blive fuldt involveret i at nå virksomhedens mål<br />
3. Involvering af medarbejdere<br />
Medarbejdere på alle niveauer er det væsentlige i en virksomhed, og deres fulde involvering gør det muligt, at<br />
deres evner anvendes til gavn for virksomheden<br />
4. Procesorientering<br />
Et ønsket resultat opnås mere effektivt (ressourcerelateret), når aktiviteter og tilhørende ressourcer styres som en<br />
proces<br />
5. Systemorienteret ledelse<br />
At identificere, forstå og styre indbyrdes relaterede processer så et system bidrager til virksomhedens effektivitet<br />
(resultatrelateret og ressourcerelateret) med hensyn til at nå dens mål<br />
6. Løbende forbedringer<br />
Ledere skaber en helhed af formål og udviklingsretning for virksomheden. De bør skabe og opretholde et internt<br />
miljø i virksomheden, hvori medarbejderne kan blive fuldt involveret i at nå virksomhedens mål<br />
7. Faktuel beslutningstagning<br />
Effektive beslutninger er baseret på analyse af data og informationer<br />
8. Gensidige fordelagtige leverandørrelationer<br />
En virksomhed og dens leverandører er afhængige af hinanden, og en gensidig fordelagtig relation øger begge<br />
parters værdiskabende evne<br />
Mål<br />
••For den, der ikke ved hvilken havn han styrer imod, er ingen vind gunstig•• Seneca, romersk filosof. Det<br />
er et fåtal af de danske vand- og afløbsselskaber, der aktivt anvender målstyring som ledelsesværkstøj til<br />
forcering af udviklingen af selskabets resultater. Balanced Scorecard modellen er et godt udgangspunkt<br />
for identifikation af relevante mål, se figur 2.<br />
Figur 2: Eksempel på Balanced Scorecard modellen anvendt til udpegning af mål i vand- og afløbsselskab<br />
Indførelse af målstyring er ofte en krævende proces. Arbejdet med at indføre målstyring handler mere om<br />
at ændre vaner end om at indsamle og behandle data. Målstyring omfatter: Fastsættelse af mål<br />
(talbestemte, tidsbestemte), indsamling af data og beregning af nøgletal (fx på uge og månedsbasis) samt<br />
analyse og evaluering af resultater i forhold til opstillede mål. I figur 3 er givet et eksempel på, hvordan<br />
data der indsamles kan visualiseres og danne grundlag for en månedlig management rapport.<br />
Session 1: Management 17
Figur 3: Eksempel på visualisering af resultater i månedlig managementrapport i vand- og afløbsselskab.<br />
Strategi<br />
Med strategi skal her forstås ••plan for at nå langsigtede mål••. Strategier hjælper selskaberne med at<br />
udvælge anlægs- og forbedringsprojekter, som både løser aktuelle udfordringer og samtidigt tager højde<br />
for udfordringer, der forventes på lang sigt, fx klimapåvirkninger, ændrede udledningskrav, ændringer i<br />
befolkningsgrundlag osv. Ser vi på anlægsstrategien, så indeholder den svarene på spørgsmål som:<br />
Hvilken anlægsstruktur vil være den bedste i vores forsyningsområde de kommende 1- 5 år, om 20 eller<br />
80 år med de forventninger, vi har til fremtiden. Ser vi på forbedringsstrategien, så giver den svarene på,<br />
hvordan selskabet bedst muligt og mest hensigtsmæssigt kan organisere arbejdet med løbende<br />
forbedringer og hvilke metoder, der kan anvendes.<br />
Udarbejdelse af en anlægsstrategi er en kompleks opgave. Vores erfaringer er, at det er en hjælp at opdele<br />
arbejdet i fire faser. I første fase fastsættes de langsigtede mål for forsyningens anlæg (de skal være<br />
bæredygtige, miljøvenlige, effektive osv.), datakilder identificeres og arbejdet organiseres. I fase to<br />
udpeges de funktioner og områder i anlæggene, som på kort og lang sigt vurderes at være kritiske i<br />
forhold til de opstillede mål. Her ser man på anlæggenes kapacitet, alder, pålidelighed og driftsøkonomi.<br />
Man vurderer de fremtidige grundvandsressourcer, recipienter, udvikling i befolkningsgrundlag og<br />
forventninger til klimapåvirkningers eventuelle betydninger. I tredje fase kan man opstille mulige<br />
scenarier for udviklingen inden for nogle af de parametre, der kan blive kritiske, herunder alternative<br />
løsningsmodeller for den fremtidige anlægsstruktur, anvendelsen af forskellige grader af automation i<br />
styring og overvågning, in- eller outsourcing af arbejdsopgaver samt de økonomiske konsekvenser. I<br />
fjerde fase udarbejdes strategiplanen, så aktiviteter på kort og lang sigt er beskrevet, og der er udarbejdet<br />
en investeringsplan og en plan for fremtidige takster og cashflow.<br />
18 Session 1: Management
Figur 4: Proces til udarbejdelse af anlægsstrategi i vand- og afløbsselskab<br />
Udarbejdelse af en forbedringsstrategi kan hjælpe selskabet til at italesætte, organisere og iværksætte en<br />
effektiv forbedringsindsats, hvor der skabes en synergi mellem selskabets forskellige funktioner. Synergi<br />
kan skabes i et vand og afløbsselskab ved at se på, hvordan selskabets forskellige funktioner bidrager til<br />
selskabets samlede performance. Det gør de fx, når man i teknik og anlægsafdelingen sørger for, at<br />
anlæggene og processerne er stabile og pålidelige ••dvs. de er ikke for gamle og kapaciteten passer ••så<br />
giver man drift- og vedligeholdsfunktionen de bedste vilkår for at kunne gennemføre forebyggende<br />
arbejder og være beredt til hurtig udrykning i tilfælde af havari eller anden form for fejl. I figur 5 er denne<br />
sammenhæng illustreret. Synergien ses ved den accelererede forbedring af performance. Der vil være<br />
flere sammenhænge, som giver synergi. Når synergien er indset, handler det om at finde ud af, hvilke<br />
metoder man kan benytte til at forbedre sig efter. Det er vores erfaringer, at følgende tre tilgange er<br />
anvendelige i vand- og afløbsselskaber:<br />
1. I de ISO baserede ledelsessystemer bygger forbedringer på, at man dels arbejder med en<br />
handlingsplan (fx som beskrevet ovenfor med anlægsstrategien) og dels ved identifikation af<br />
afvigelser, årsagsanalyse og gennemførelse af korrigerende handlinger (til fjernelse af årsager)<br />
2. LEAN de fleste forbedringsmetoder fra LEAN kan anvendes. Eksempelvis: 5S kan hjælpe med til at<br />
skabe orden og ryddelighed på værksted, i biler og på kontorer, værdistrømsanalyse kan anvendes til<br />
forbedring af beredskab (fx ved ledningsbrud)<br />
3. Pålidelighed og six sigma ••her anvendes statistik som grundlag ( fx vedr. brud, fejl og<br />
procesvariation) til fastsættelse af optimale levetider, serviceintervaller og reduktion af<br />
procesvariation (fx fra beluftning og filtrering af drikkevand eller fra rensning af spildevand)<br />
Figur 5: Sammenhænge mellem forskellige indsatser og performance i vand- og afløbsselskab<br />
Opbygning af ledelsessystem<br />
ISO-ledelsessystemer (herunder kvalitet, miljø, fødevaresikkerhed og arbejdsmiljø) har alle et fælles<br />
udgangspunkt, idet de:<br />
Session 1: Management 19
Identificerer risici, sætter prioriteter og etablerer dynamiske programmer og planer, der<br />
omkostningseffektivt skaber forbedringer<br />
Udviklingen går i retning af, at man i stigende omfang benytter risikostyring som udgangspunktet for<br />
ledelsessystemer. Vores erfaringer i vand- og afløbsselskaber viser, at det giver enklere og mere<br />
værdiskabende systemer. Enklere, fordi man benytter samme ordvalg, uafhængigt af om man taler om<br />
service, kvalitet, arbejdsmiljø eller miljø. Mere værdiskabende, fordi man opnår en mere klar og<br />
pædagogisk let forståelig sammenhæng mellem risici (de forhold, der har med værdi at gøre) og indsatser<br />
(fx rutiner, instruktioner, måling og registrering). Det har de fordele, at man sætter fokus på de<br />
værdiskabende ting, det er ikke svært at gøre det sammen med medarbejderne og det kræver ikke særlig<br />
megen dokumentation. I figur 6 er princippet for opbygning af ledelsessystemet vist. Her fremgår<br />
sammenhængene mellem den værdiskabende proces og de forskellige elementer i ledelsessystemet.<br />
Figur 6 Principper for opbygning af et ledelsessystem, her eksemplificeret med kloaker og renseanlæg<br />
Ud over de aktiviteter, der er skitseret i figur 6, stiller ISO systemerne krav til, at selskabet har beskrevet<br />
politiker (kvalitet, miljø, sikkerhed), fastsat mål, fastsat ansvar og beføjelser samt procedurer for træning,<br />
uddannelse og kompetencer, dokument- og datastyring, intern audit og korrigerende handlinger. Der er<br />
mindre forskelle mellem standarderne, men de overordnede principper er ens.<br />
Ledelsessystemerne er målrettet forskellige områder. Kvalitet er orienteret mod kunderettede processer,<br />
miljø handler om ressourcer (energi, vand og materialer), forurening (jord, luft, vand, støj og gener),<br />
20 Session 1: Management
drikkevandskvalitet handler om kemiske, bakteriologisk og fysiske forureninger af drikkevand. I tabel 1<br />
har vi givet eksempler på typiske processer, aktiviteter og hændelser.<br />
Tabel 1: Eksempler på processer, aktiviteter og hændelser der kan indgå i ledelsessystemer i vand og<br />
afløbsselskaber<br />
Typiske processer/aktiviteter/hændelser i vand- og afløbsselskaber Ledelsessystem<br />
Kunderettede processer:<br />
Produktinformation, vandregulativ, indgåelse af aftaler, tilkobling, installation,<br />
måleraflæsning, forbrugsafregning, tømningsordning, indkøb, lagerstyring<br />
Miljøforhold:<br />
Vandindvinding, elforbrug til pumper, beluftere m.v., udledning af skyllevand,<br />
håndtering af farlige stoffer og materialer, håndtering af affald, styring og<br />
overvågning af processer, overholdelse af vilkår i spildeandstilladelser fra<br />
renseanlæg og overløbsbygværker, vedligehold af pumpestationer og<br />
rensningsanlæg, brand og eksplosion<br />
Drikkevandssikkerhed:<br />
Analyse af grundvandskvalitet, boringskontrol, brud på vandledninger, hygiejne<br />
ved arbejde med vandbehandlingsanlæg, tilsyn, kontrol og vedligehold af<br />
vandbehandlingsanlæg, anvendelse af godkendte materialer og komponenter,<br />
tilsyn med entreprenører ved ledningsarbejder, kontrol med installationer hos<br />
kunder, håndtering af vandforurening<br />
Arbejdsmiljø:<br />
El-sikkerhed, håndtering af kemi, kloakarbejde, tunge løft, vibrationer, ergonomi,<br />
løfteudstyr, ulykkesrisici med stiger, taljer, seler, ATEX krav i forbindelse med<br />
rådnetanke og gas, vaccinationer, førstehjælp<br />
ISO 9001, kvalitetsledelse<br />
ISO 14001, miljøledelse<br />
ISO 22000, fødevaresikkerhed<br />
OHSAS 18001,<br />
arbejdsmiljøledelse<br />
Selskaber, der indfører mere end et ledelsessystem, vil med fordel kunne have fælles procedurer vedr. fx<br />
dokument- og datastyring, afvigelser og korrigerende handlinger, så systemerne så vidt muligt integreres.<br />
Implementering<br />
Udfordringen er ikke at udarbejde et ledelsessystem men at skabe bedre resultater ved at få<br />
organisationen til at arbejde systematisk i henhold til systemet. Denne erkendelse bør anvendes som<br />
grundlag for implementeringen. Det er vores erfaring, at de metoder, der anvendes i driften af vand- og<br />
afløbsselskaber, er baseret på en lang tradition. Mange af selskaberne har eksisteret i mere end 100 år, så<br />
erfaring i, hvordan man driver et vand- og afløbsselskab, er der som regel rigeligt af. Det, som er nyt, er<br />
involveringen af alle medarbejderne i at arbejde forebyggende og sikkert samt i at evaluere indsatser og<br />
resultater. Det kræver fælles billeder og forståelse af, hvad der vigtigt og, hvorfor det er vigtigt. Vores<br />
erfaringer med implementering af ledelsessystemer i vand- og afløbssystemer kan opsummeres til:<br />
Aktiviteter med udvikling og implementering bør gennemføres i teams med 5-12 deltagere (alle<br />
medarbejderne i selskabet bør principielt deltage i processen)<br />
Aktiviteterne bør ikke vare mere end 2,5 time ad gangen (så mistes koncentrationen)<br />
Kortlægning bør altid suppleres med konkrete anlægsbesøg (så er der mulighed for at konkretisere<br />
principperne)<br />
Dokumentation af selskabets driftsstyring bør tage udgangspunkt i den praksis, der er, og ikke forsøge<br />
at revolutionere praksis<br />
Dokumentationen skal være minimalistisk, dvs. hvad, hvornår og hvem ••ikke hvordan, med mindre<br />
det er strengt nødvendigt<br />
De mangler, der evt. identificeres ved kortlægning af den nuværende praksis, bør indgå i en prioriteret<br />
handlingsplan, hvor man gennemfører forbedringerne i en takt, der er realistisk i forhold til selskabets<br />
ressourcer og øvrige planlagte aktiviteter<br />
Session 1: Management 21
Der bør gennemføres et træningsforløb for selskabets teams i ressourceplanlægning, evaluering af<br />
indsatser og resultater samt gennemførelse af løbende forbedringer<br />
Træningsforløbet kan gennemføres over en tre-måneders periode, hvor teams lærer at benytte<br />
teknikkerne på ugemøder<br />
Ledergruppen er også et team og bør også deltage i træningsforløb<br />
Implementering af et ledelsessystem tager fra 6-12 måneder afhængigt af selskabets kompleksitet og<br />
størrelse, tiden er ikke det afgørende<br />
Man bør altid afgrænse sit ledelsessystem og ikke forsøge at tage alle typer risici med i en omgang, fx<br />
alene fokusere på drikkevandskvalitet, eller miljø.<br />
Referencer<br />
Balder C.R. m.fl. (2012). Analyse af forsyningssektoren, Rapport kan rekvireres hos NIRAS (crb@niras.dk)<br />
EN ISO 9000, 2000, Quality Management Systems ••Fundamentals and vocabulary<br />
DS/EN ISO 9001, Kvalitetsledelsessystemer ••Krav, 4. udgave, 2008-12-09<br />
DS/EN ISO 14001, Miljøledelsessystemer ••Krav med anbefalinger om anvendelse, 2. udgave, 2004-11-30<br />
DS/OHSAS 18001, Arbejdsmiljøledelsessystemer ••Kravbeskrivelse, 2. udgave, 2008-01-14<br />
DS/EN ISO 22000, Ledelsessystemer for fødevaresikkerhed ••Krav til virksomheder i fødevarekæden, 1. udgave,<br />
2005-12-22<br />
Robert S. Kaplan og David P. Norton: The Balanced Scorecard ••Measures that Drive Performance, Harvard<br />
Business Review , January-February 1992.<br />
22 Session 1: Management
Regional risk- och sårbarhetsanalys för dricksvattenförsörjning<br />
Andreas Lindhe*, Olof Bergstedt* / **, Lars Rosén*, Thomas J.R. Pettersson*,<br />
Christina Nordensten***<br />
* Department of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology, SE-412 96<br />
Gothenburg, andreas.lindhe@chalmers.se, lars.rosen@chalmers.se, thomas.pettersson@chalmers.se<br />
** Göteborg <strong>Vatten</strong>, Box 123, SE-424 23 Angered, Sweden, olof.bergstedt@vatten.goteborg.se<br />
*** The National Food Agency, Box 622, SE-751 56 Uppsala, Sweden, christina.nordensten@slv.se<br />
Abstract. Water utilities have to manage a wide range of risks to guarantee the consumers a safe and<br />
reliable supply of drinking water. Current risks and emerging risks due to e.g. climate changes call for<br />
different measures that may have local but also regional effects. The drinking water supply in one<br />
municipality may be dependent on the supply system in one or several other municipalities. For example,<br />
municipalities may share the same raw water source and the distribution systems may be interconnected<br />
so that water can be transferred between municipalities. It is thus important to assess risks on a regional<br />
level. Such assessments facilitate analyses of effects due to e.g. centralisation where several smaller<br />
water sources are replaced by one larger water source and/or the distribution systems in adjacent<br />
municipalities are interconnected to increase redundancy. The World Health Organization emphasises the<br />
use of water safety plans, which implies a risk-based and integrated approach considering the entire<br />
supply system, form source to tap. This approach may be further extended to not only consider one supply<br />
system but an entire region including several systems in different municipalities. In this paper, an approach<br />
and a set of tools are presented that enable regional risk assessment of drinking water supplies. By<br />
combining different risk assessment tools, water quality aspects as well as supply interruptions and the<br />
access to reserve water supplies are considered. The overall approach and the tools are applied in a case<br />
study including thirteen municipalities in the western part of Sweden. The efficiency of the microbial<br />
barriers was analysed for each treatment plant and compared to required treatment levels defined by the<br />
raw water quality. System reliability related to supply interruptions was analysed using a logic model<br />
considering possible failure events and interconnections between supply systems. The case study results<br />
show that the approach can be applied to identify and quantify risks affecting smaller as well as larger pats<br />
of the analysed region. The risks levels are expressed in the same way for all parts of the region which<br />
enables a simple comparison of how potential risk-reduction measures affect different parts of the<br />
analysed region. The presented approach and the tools for regional risk assessment facilitate long term<br />
planning of water supplies including decisions on risk reduction and contingency planning.<br />
Inledning<br />
För att uppnå och bibehålla en säker dricksvattenförsörjning krävs ett kontinuerligt arbete med såväl<br />
daglig drift som långsiktig planering. Ett viktigt underlag för detta arbete är analyser av de risker och<br />
sårbarheter som finns. Förutom att analysera vattenförsörjningen i enskilda kommuner är det viktig att<br />
också undersöka beroendet mellan kommunernas system. För att belysa dessa aspekter och visa hur<br />
regionala analyser kan ge viktigt beslutsstöd genomförs projektet Regional risk- och sårbarhetsanalys för<br />
centraliserad dricksvattenförsörjning i samarbete mellan Livsmedelsverket, Chalmers tekniska högskola<br />
och 13 fallstudiekommuner i Västsverige (Ale, Alingsås, Göteborg, Härryda, Kungsbacka, Kungälv,<br />
Lerum, Lilla Edet, Mölndal, Partille, Stenungsund, Tjörn och Öckerö). I denna artikel beskrivs ett<br />
arbetssätt för regional risk- och sårbarhetsanalys och dess tillämpning exemplifieras.<br />
Problembakgrund<br />
De risker dricksvattenförsörjningen är utsatt för kan orsaka konsekvenser lokalt i en kommun, men även<br />
regionalt i flera kommuner. Den risk ett vattenförsörjningssystem är utsatt för beror bl.a. på yttre<br />
förutsättningar, det egna systemet status och funktion samt eventuella beroenden mellan olika kommuner.<br />
Beroenden kan t.ex. innebära att ledningsnäten är sammankopplade eller att samma vattentäkt utnyttjas.<br />
Session 1: Management 23
En kommun kan ha uteslutande egen vattenproduktion, försörja både sig själva och andra, komplettera<br />
den egna produktionen med försörjning från en eller flera andra eller försörjas helt från andra. I de fall det<br />
finns sammankopplingar mellan olika kommuner kan syftet vara att komplettera eller helt ersätta den<br />
egna produktionen, alternativt att få en reservförsörjning om något skulle inträffa. Orsaken till behovet av<br />
en sammankoppling kan t.ex. vara brist på råvatten, begränsad produktionskapacitet eller otillräckliga<br />
barriärer. I Figur 1 illustreras fyra exempel på sammankopplingar för sex kommuner. De olika<br />
sammankopplingarna har olika styrkor och svagheter, och det går inte att säga vad som är den bästa<br />
lösningen eftersom förutsättningarna skiljer sig åt. En generell tolkning är dock att sammankopplingar<br />
kan öka redundansen, men sårbarheten kan bli stor om systemet bygger på att alla sammankopplingar<br />
måste fungera och om fel kan fortplanta sig. Ett omfattande utbyte av vatten mellan olika kommuner kan<br />
också påverka spridningen av smittämnen och spårbarheten i händelse av ett vattenburet sjukdomsutbrott.<br />
Regionala analyser är således viktiga för att belysa både möjligheter och begränsningar.<br />
Inga sammankopplingar Vissa sammankopplingar Central vattenproducent Omfattande<br />
sammankopplingar<br />
Figur 1 Illustration av fyra sammankopplingstyper mellan sex kommuner (cirklarna motsvarar<br />
kommunerna och pilarna visar hur vattnet överföras mellan kommunerna).<br />
Behovet av att identifiera, analysera och i stort hantera risker framhålls av många inom<br />
dricksvattenområdet (CDW/CCME, 2004; IWA, 2004; NHMRC/NRMMC, 2004).<br />
Världshälsoorganisationen betonar vikten av ett riskbaserat angreppssätt där hela dricksvattensystemet<br />
beaktas, från råvatten till tappkran (WHO, 2011). Som en del av detta angreppssätt föreslås framtagandet<br />
av så kallade vattensäkerhetsplaner (water safety plans), vilka bygger på att risker identifieras och<br />
analyseras. Detta angreppssätt kan utvidgas till att inte bara innefatta vattenförsörjningen i en kommun<br />
utan en hel region med flera kommuner. För att underlätta genomförandet av regionala risk- och<br />
sårbarhetsanalyser inom dricksvattenbranschen krävs det dock lämpliga angreppssätt och verktyg. Det<br />
finns verktyg för att analysera olika dricksvattenrisker men ett regionalt angreppssätt och en anpassning<br />
av verktygen till det regionala perspektivet saknas. Behovet av ytterligare utveckling och vägledning<br />
belyses av den utvärdering Riksrevisionen (2008) presenterat, i vilken det konstateras att det finns<br />
svagheter i de risk- och sårbarhetsanalyser som genomförs inom svensk dricksvattenförsörjning och hur<br />
de används för att stärka krisberedskapen.<br />
Resultaten från en regional risk- och sårbarhetsanalys syftar till att beskriva möjligheter och<br />
begränsningar och utgöra ett beslutsstöd för prioritering av riskreducerande åtgärder och liknande.<br />
Analysen är således ett underlag för VA-planeringen både lokalt och regionalt.<br />
Syfte<br />
Det övergripande syftet med det projekt som ligger till grund för denna artikel är att visa hur regional<br />
risk- och sårbarhetsanalys för dricksvattenförsörjning kan genomföras. Resultaten från projektet kommer<br />
att presenteras i en vägledning med bl.a. en omfattande fallstudiebeskrivning. Syftet med denna artikel är<br />
att principiellt beskriva det arbetssätt som föreslås, de ingående verktygen samt illustrera vilken typ av<br />
resultat som erhålls och hur denna information kan användas som beslutsstöd.<br />
24 Session 1: Management
Exempel på händelse av regional betydelse<br />
Den kalla vintern 2009/2010 medförde att vattenförsörjningen i Göteborgsregionen var ansträngd.<br />
Händelsen kunde inneburit allvarliga konsekvenser och visar att beroendet mellan kommuner kan vara av<br />
stor betydelse. I Göteborg finns två vattenverk som, utöver den egna kommunen, även förser fyra andra<br />
kommuner (Ale, Mölndal, Partille och Öckerö) med vatten i olika omfattning. Ale köper lite drygt hälften<br />
av sitt vatten från Göteborg och resterande del från Kungälv. Mölndal och Partille har egna vattenverk,<br />
men kompletterar produktionen med vatten från Göteborg. Öckerö köper allt sitt vatten från Göteborg.<br />
Vintern 2009/2010 var antalet rörbrott betydlig högre än normalt i många kommuner. Den låga<br />
vattentemperaturen begränsade maxproduktionen på vattenverken, vilket är normalt, genom att längre<br />
uppehållstider krävs i avskiljningsstegen för att upprätthålla den mikrobiologiska barriärverkan. I<br />
Göteborg upptäcktes cirka 100 rörbrott under januari och februari. Åtgärder vidtogs men läckaget ökade<br />
markant och dricksvattenbehovet var därför 20 % högre än normalt. En skada uppstod på en av två<br />
matningar från ett av vattenverken samtidigt som maxproduktionen var begränsad till följd av den låga<br />
temperaturen. Detta medförde åtta dygns balansgång mellan omfattande leveransavbrott och<br />
kokrekommendation för en halv miljon människor. Samtidigt uppstod en vattenbrist och periodvis<br />
leveransavbrott i Partille kommun till följd av bl.a. ett svåridentifierat rörbrott. Detta kunde ha påverkat<br />
möjligheten till nödvattenförsörjning till ett akutsjukhus, som normalt försörjs från Göteborg.<br />
Invånarna i Öckerö kommun kunde inte förses med vatten eftersom det uppstod läckor på en av<br />
sjöledningarna. Leveransen till Ale kunde upprätthållas och invånarna där påverkades inte. Mölndals<br />
kommun drabbats inte av allvarliga läckor eller liknande under denna period, men om så varit fallet hade<br />
situationen kunnat bli påfrestande då möjligheten att förses med vatten från Göteborg var begränsad.<br />
Den ovan beskrivna händelsen visar att sammankopplingar mellan kommuner kan vara av stor vikt för<br />
att både täcka det dagliga vattenbehovet och fungera som reservförsörjning. Beroendet mellan<br />
kommunerna kan dock medföra att effekten av oönskade händelser påverkar flera kommuner, detta gäller<br />
både leveransavbrott och spridning av smittämnen.<br />
Viktiga faktorer som bidrog till att konsekvenserna av händelsen i Göteborgsområdet inte fick mer<br />
omfattande konsekvenser är god kommunikation, tillgång till snabba analysresultat och stöd från den<br />
nationella vattenkatastrofgruppen VAKA. Vissa riskreducerande åtgärder har vidtagits efter händelsen.<br />
Regional risk- och sårbarhetsanalys<br />
Det finns olika metoder och verktyg för att analysera risker och dessa har ofta olika syften (Pollard, 2008;<br />
Rosén et al., 2007). Livsmedelsverket (2007) presenterar en kvalitativ metod för risk- och<br />
sårbarhetsanalys, men den är inte specifikt anpassad för det regionala angreppssättet. En central fråga är<br />
hur en regional analys bör genomföras för att belysa viktiga aspekter samtidigt som detaljeringsnivån inte<br />
blir för omfattande? Utformningen av det här presenterade angreppssättet och de tillhörande verktygen<br />
baserades på följande kriterier: (1) risker kopplade till både vattenkvalitet (hälsorisk) och<br />
leveranssäkerhet måste beaktas, (2) analyserna skall kvantifiera risken och inte baseras på kvalitativa<br />
beskrivningar, och (3) effekten av riskreducerande åtgärder skall kunna kvantifieras.<br />
Eftersom hälsorisker och leveranssäkerhet är av olika karaktär är det lämpligt att kombinera olika<br />
verktyg för att analysera båda aspekterna. Genom att studera hur effektiva de mikrobiologiska barriärerna<br />
i respektive vattenverk är kan en bedömning göras av hälsorisken både lokalt och i regionen som helhet.<br />
Förmågan att reducera smittämnen jämförs med råvattenkvaliteten för att se om nuvarande förmåga är<br />
tillräcklig eller inte. Denna typ av analys kan genomföras på olika sätt, här används angreppssättet enligt<br />
God DesinfektionPraxis (GDP) som utvecklats och beskrivs av Ødegaard et al. (2009).<br />
Leveranssäkerheten kan analyseras genom att en modell byggs för att beskriva hur oönskade händelser<br />
kan inträffa i försörjningssystemet och på olika sätt leda till leveransavbrott. Metodiken som här föreslås<br />
gör det möjligt att ta hänsyn till sammankopplingar mellan kommuner, möjlig försörjning via<br />
reservvattentäkter m.m. Det föreslagna verktyget bygger på felträdsanalys och har utvecklats och tidigare<br />
tillämpats i dricksvattensammanhang av Lindhe et al. (2009; 2011) och Lindhe (2010). Med<br />
felträdstekniken kan risken uttryckas som förväntat antal avbrottsminuter per år och resultaten kan<br />
studeras för respektive kommun och regionen som helhet. Det är också möjligt att se hur olika delar av<br />
försörjningskedjan (råvatten, beredning och distribution) bidrar till den totala risken.<br />
Session 1: Management 25
Det finns alternativ till de verktyg som här föreslagits, t.ex. kan kvantitativa mikrobiella riskanalyser<br />
användas för att bedöma hälsoriskerna (se t.ex. Abrahamsson Lundberg et al., 2009; Haas et al., 1999).<br />
De föreslagna verktygen anses dock lämpliga då de ger en rimlig detaljeringsnivå, kvantifierar risken på<br />
ett sätt som lätt kan jämföras mellan kommunerna och effekten av åtgärder kan på ett relevant sätt<br />
analyseras.<br />
I Figur 2 beskrivs översiktligt vilken information som krävs för de olika analyserna samt vilka resultat<br />
som erhålls. Ytterligare beskrivning av hur verktygen tillämpas och vilka resultat de ger presenteras i<br />
fallstudieexemplet nedan.<br />
INFORMATIONSBEHOV<br />
Råvattendata och processparametrar,<br />
beskrivning av existerande barriärer,<br />
beskrivning av möjliga åtgärder.<br />
Beskrivning av händelser (från råvatten till<br />
tappkran) som kan leda till leveransavbrott,<br />
antalet brukare som drabbas, tillgången till<br />
reservtäkter och annan redundans,<br />
beskrivning av möjliga åtgärder.<br />
Ytterligare analyser kan genomföras för att<br />
belysa fler aspekter.<br />
Resultat från genomförda analyser,<br />
kostnader och annan information om<br />
möjliga åtgärder.<br />
ANALYS<br />
Barriäranalys<br />
(hälsorisker)<br />
Leveranssäkerhetsanalys<br />
Ytterligare<br />
analyser<br />
Resultatsammanställning<br />
RESULTAT<br />
Bedömning av om nuvarande barriärer är<br />
tillräckliga för en säker vattenförsörjning,<br />
behov och effekten av möjliga åtgärder.<br />
Risken uttryck som förväntade antalet<br />
avbrottsminuter per år, information om<br />
vilken del av systemet som bidrar mest till<br />
risken, osäkerheten i resultaten, behovet<br />
och effekten av åtgärder.<br />
Resultaten beror på vilken typ av analys<br />
som genomförts.<br />
Beslutsunderlag i form av nuvarande<br />
statusen på respektive kommuns<br />
vattenförsörjning och regionen som helhet,<br />
behovet av åtgärder, effekten av såväl<br />
beslutade som möjliga framtida åtgärder.<br />
Figur 2 Beskrivning av vilken information som krävs och vilka resultat som erhålls från respektive analys.<br />
Syftet med en risk- och sårbarhetsanalys är att resultaten i skall utgöra beslutsstöd då det exempelvis<br />
skall avgöras om nuvarande risknivå är acceptabel eller om möjliga åtgärder måste prioriteras. Den<br />
analys- och beslutsprocess som risk- och sårbarhetsanalysen är en del av illustreras i Figur 3.<br />
Syfte och omfattning<br />
Systembeskrivning och<br />
andra förutsättningar<br />
Analys av barriärer<br />
(hälsorisker)<br />
Leveranssäkerhetsanalays<br />
Ytterligare<br />
analyser<br />
Krav, mål m.m.<br />
Utvärdering<br />
Beslutsstöd<br />
Figur 3 Principiell beskrivning av den beslutsprocess som en regional risk- och sårbarhetsanalys är en del<br />
av (inspirerad av Aven, 2003).<br />
Illustrationen i Figur 3 visar att de analyser av barriärverkan, leveranssäkerhet och eventuella andra<br />
aspekter styrs av vilket syfte vi har, d.v.s. vilka frågor vi vill ha svar på och vilka beslut vi måste fatta.<br />
Analysresultaten måste utvärderas och ställas i relation till andra aspekter som inte behandlats i<br />
analyserna. Såväl vårt syfte som analyserna och utvärderingen av resultaten påverkas av de krav och mål<br />
som finns. Det kan handla om lagkrav, lokalt uppsatta mål eller andra beskrivningar av vad som utgör en<br />
acceptabel risk eller nödvändig servicenivå. Kombinationen av analysresultat och utvärderingen av dessa<br />
samt de krav och mål som finns ger information som kan betraktas som ett beslutsstöd.<br />
26 Session 1: Management
Fallstudieexempel<br />
I projektet Regional risk- och sårbarhetsanalys för centraliserad dricksvattenförsörjning genomförs en<br />
fallstudie med 13 kommuner i Västsverige. I inledningskapitlet beskrevs olika lösningar på<br />
vattenförsörjningen och många av dessa finns representerade bland fallstudiekommunerna. Detta innebär<br />
att vissa kommuner delar vattentäkt, det finns sammankopplingar med olika syften och detta gör<br />
fallstudien illustrativ. I detta avsnitt beskrivs ett exempel med sju kommuner som tagits fram för att<br />
illustrera viktiga delar av tillämpningen och resultaten. Exemplet är baserat på den omfattande fallstudien,<br />
men resultaten är inte nödvändigtvis direkt överförbara på en specifik kommun.<br />
Barriäranalys<br />
Analysen av de mikrobiologiska barriärerna har genomförts enligt God DesinfektionPraxis (GDP)<br />
(Ødegaard et al., 2009). Detta innebär att en nödvändig barriärhöjd bestämts utifrån råvattendata och<br />
antalet brukare, vilket sedan jämföts med effekten av existerande barriärer. Med barriärhöjd avses<br />
reduktionen av smittämnen (bakterier, virus och parasiter) uttryckt i log10-enheter (90 % reduktion<br />
motsvarar en log-reduktion på 1, 99 % reduktion motsvarar en log-reduktion på 2, o.s.v.). Samtliga<br />
kommuner i detta exempel har ytvattentäkter men vissa utnyttjar konstgjord infiltration. Generellt ligger<br />
barriärhöjdskravet på 5-6 log-enheter för bakterier och virus samt ca 4 log-enheter för parasiter.<br />
För att ta hänsyn till bl.a. osäkerheter analyserades olika driftfall i syfte att se vilka situationer som är<br />
mest kritiska. Ett konservativt angreppssätt bör användas eftersom optimala driftförhållanden inte alltid<br />
råder och barriärhöjden skall ändå vara tillräcklig. Vidare analyserades för de fall då det var aktuellt även<br />
effekten av beslutade åtgärder och eventuella framtida, men ej beslutade, åtgärder. Syftet med detta var<br />
att tydliggöra vilken barriärhöjd de olika åtgärderna ger samt var ytterligare åtgärder är nödvändiga.<br />
Exempelkommunerna som här analyserats illustreras i Figur 4 där också resultaten presenteras.<br />
i.<br />
ii.<br />
iii.<br />
i.<br />
ii.<br />
A<br />
b v p<br />
iii. b v p<br />
B<br />
b v p<br />
i.<br />
ii.<br />
iii.<br />
b v p<br />
b v p<br />
i. b v p<br />
ii. b<br />
iii.<br />
v p<br />
i.<br />
ii.<br />
iii.<br />
(2012/2022)<br />
C<br />
(2012)<br />
D<br />
b v p<br />
b v p<br />
E<br />
F<br />
b v p<br />
i. b v p<br />
ii. b<br />
iii.<br />
v p<br />
i. Nuvarande förhållande<br />
ii. Beslutade åtgärder (genomfört år)<br />
iii. Möjliga framtida åtgärder<br />
Barriärhöjden tillräcklig<br />
Barriärhöjden knappt tillräcklig<br />
Barriärnivån otillräcklig<br />
Session 1: Management 27<br />
G<br />
(2013)<br />
Figur 4 Huvudresultaten från barriäranalysen för exempelregionen med sju kommuner.<br />
Kommunerna A, B och C delar råvattentäkt men har idag olika beredning och därmed skiljer sig den<br />
uppnådda barriärhöjden. Kommun A uppfyller inte barriärkravet med avseende på något av smittämnena<br />
och det finns inga beslutade åtgärder för att förbättra situationen. Det finns däremot planer för hur<br />
situationen bör åtgärdas. Kommun B:s egen beredning uppfyller i dagsläget barriärkravet men kapaciteten<br />
är otillräcklig och därför förses delar av kommunen med vatten från kommun A som inte uppfyller<br />
kraven. Kommun C som även förser kommunerna D, E och F med vatten uppfyller inte barriärkravet för<br />
parasiter och under vissa driftfall är barriärhöjden även otillräcklig för virus. Det finns dock ett beslut om<br />
att installera membranfilter för att uppfylla kraven. Av olika anledningar förväntas installationen av<br />
membranfilter kunna var klar först 2022 och som en övergångslösning installeras därför UV 2012.<br />
Kommun D har egen vattentäkt men förses även till viss del med vatten från kommun C. Den egna<br />
produktionen har idag otillräckliga barriärer mot parasiter. Det finns planer för att förbättra beredningen,<br />
men inget slutgiltigt beslut har fattats. Kommun E förses med råvatten från en egen ytvattentäkt och har<br />
otillräckliga barriärer mot parasiter och ligger på gränsen för virus. För att åtgärda denna situation har ett<br />
beslut fattas om att installera UV som en ytterligare barriär (2012). Kommun E köper en viss mängd<br />
vatten från kommun C som har motsvarade situation vad gäller barriärhöjden. Det finns även en
sammankoppling mellan kommunerna E och G, vilken framförallt används för att förse delar av kommun<br />
G med vatten men vid behov kan även kommun E försörjas med vatten. Både kommun D och E är<br />
därmed till viss del beroende av att det finns tillräckliga barriärer i kommun C.<br />
Kommun F saknar egen produktion och försörjs uteslutande med vatten från kommun C. Redan i<br />
dagsläget har kommun E installerat UV i anslutningspunkten till kommun C vilket gör att barriärhöjden<br />
bedöms vara tillräcklig. Kommun G har egen vattentäkt och produktion som idag bedöms otillräcklig med<br />
avseende på framförallt parasiter men till viss del även virus. Uppgraderingar av beredningen är beslutade<br />
vilket (2013) kommer att ge en tillräcklig barriärhöjd.<br />
Resultaten visar att det krävs åtgärder i kommunerna A och D. <strong>Vatten</strong>kvaliteten i kommun A påverkar<br />
även kommun B dit en viss mängd vatten leveras. Leveransen mellan kommunerna visar också att en<br />
störning i en kommun kan påverka brukarna i andra kommuner. Genomförandet av vissa typer av<br />
åtgärder kan ta lång tid och då kan tillfälliga löningar såsom för kommun C vara viktiga. För vissa<br />
kommuner rekommenderas att ytterligare råvattenanalyser görs för att en säkrare bestämning av<br />
kvalitetskravet skall kunna göras. Ett konservativt angreppssätt har dock använts för att inte överskatta<br />
råvattenkvaliteten. Utifrån angreppssättet enlig GDP kan det för vissa kommuner konstateras att<br />
ytterligare åtgärder på råvattensidan skulle kunna ge en större säkerhetsmarginal vad gäller barriärhöjden.<br />
Leveranssäkerhet<br />
Leveranssäkerheten i respektive kommun har analyserats med hjälp av en felträdsmodell (Lindhe, 2010)<br />
som byggts för att beskriva hur leveransavbrott kan uppstå baserat på interaktionen mellan händelser<br />
såsom rörbrott, förorening av vattentäkt, pumphaveri, försörjning via reservtäkter eller annan kommun<br />
m.m. För de kommuner som t.ex. delar vattentäkt eller är sammankopplade har modellerna länkats, vilket<br />
innebär att en händelse kan påverka flera kommuner och därmed beaktas de beroenden som finns. I Figur<br />
5 illustreras översiktligt vilka händelser som kan ingå i en felträdsmodell. Modellen visar att hänsyn tas<br />
till om vatten kan levereras från en annan kommun, var i systemet felen uppstår och vilken möjlighet det<br />
finns att kompensera för felen via det egna systemet (reservtäkter, reservoarer m.m.) eller leverans från en<br />
annan kommun. Observera att i en modell beskrivs händelserna mer ingående med olika delhändelser.<br />
Avbrott i lev. från<br />
annan kommun<br />
Leveransavbrott<br />
Problem i annan<br />
kommun<br />
Ej kompensation<br />
via eget system<br />
Fel i råvattenförsörjning<br />
Råvattenfel<br />
Ej kompensation<br />
via eget system<br />
Ej kompensation<br />
via annan<br />
Figur 5 Översikt över huvudhändelser som kan ingå i en felträdsmodell.<br />
Fel i beredning Fel i distribution<br />
Beredningsfel<br />
Ej kompensation<br />
via eget system<br />
Ej kompensation<br />
via annan<br />
Distributionsfel<br />
Ej kompensation<br />
via eget system<br />
Ej kompensation<br />
via annan<br />
För att illustrera tillämpningen av felträdstekniken studeras här kommunerna C-G, vilka på olika sätt är<br />
sammankopplade (Figur 4). Kommun C har en central funktion och levererar ca 20 % av vattenbehovet<br />
till kommunerna D och E samt 100 % till kommun F. Kommun C kan dock vid krislägen och under viss<br />
tid täcka hela behovet i kommun D och E. Kommun G köper en mindre mängd vatten från kommun E,<br />
men sammankopplingen fungerar framförallt som en reserv för att under kortare tider kunna försörjas<br />
med vatten. Baserat på identifierade oönskade händelser samt information om hur ofta de kan inträffa, hur<br />
långvariga de är och hur många brukare som kan förväntas drabbas av olika leveransavbrott, byggdes en<br />
felträdsmodell för respektive kommun. Felträdsmodellerna för de olika kommunerna justerades så att<br />
även effekten av olika åtgärder/förändringar i systemen skall kunna analyseras.<br />
Felträdsmodellerna ger olika resultat, t.ex. risknivån uttryckt som förväntat antalet avbrottsminuter<br />
minuter per år för genomsnittsbrukare. I Figur 6 visas resultat från det exempel vi här studerar. Resultaten<br />
som beskrivs är risknivåerna för nuvarande system (6a), förväntade risknivåer efter det att kapaciteten i<br />
kommun C kraftigt ökats (6b) samt detaljerade risknivåer för kommun C efter kapacitetsökningen.<br />
Genom att indata till modellerna beskrivits med osäkerhetsfördelningar kan även osäkerheterna i<br />
resultaten presenteras, d.v.s. utöver medelvärdet presenteras även 5- och 95-percentilen (P05 och P95).<br />
28 Session 1: Management
Resultaten i Figur 6a visar risknivåerna för respektive kommun i nuläget. Det framgår att risknivåerna<br />
är högst för kommunerna C och D. Orsaken till detta illustreras delvis i Figur 4 där det framgår att<br />
kommun C saknar reservförsörjning från någon annan kommun. Kommun har dock denna reserv via<br />
kommun C men det finns begränsningar i kommunen som ger upphov till den relativt höga risken.<br />
Observera att resultaten inte presenteras separat för kommun F utan ingår i detta exempel i resultaten för<br />
kommun C. Kommun F försörjs med vatten uteslutande från kommun C, vilket gör att risknivåerna är<br />
tämligen lika för dessa kommuner. För att utvärdera risknivåerna måste de jämföras med en acceptabel<br />
nivå. I kommun C finns ett mål uppsatt som säger att medelbrukaren inte skall drabbas av leveransavbrott<br />
mer än 10 dygn under 100 år. Detta kan översättas till 144 avbrottsminuter per år för genomsnittbrukaren,<br />
vilket då kan jämföras med resultaten i Figur 6. Denna typ av mål finns inte fastställt för övriga<br />
kommuner, men om 144 min/år antas vara allmängiltigt framgår det att risken generellt är oacceptabel.<br />
Det finns ett beslut taget i kommun C om att öka kapaciteten i syfte att bl.a. förbättra<br />
leveranssäkerheten. Baserat på den effekt åtgärden förväntas ha på systemet har indata till modellen och<br />
modellstrukturen uppdaterats. Resultaten (Figur 6b) visar att kapacitetsökningen har en stor effekt på<br />
kommunerna C och D och en mindre effekt på kommunerna E och G.<br />
Leveranssäkerhetsanalysen ger möjlighet att analysera vilken del av systemet som bidrar mest till den<br />
totala risken, d.v.s. vilken del av systemet som initialt påverkas av en händelse och i slutändan orsakar<br />
leveransavbrott. I Figur 6c illustreras detta för kommun C där risknivåerna motsvarar situationen efter den<br />
beslutade kapacitetsökningen. Det framgår att händelser i råvattenförsörjningen och distributionen bidrar<br />
ungefär lika mycket och beredningen har ett lägre bidrag. Analyserar man ytterligare resultat<br />
(felintensitet, sannolikheten och varaktigheten för olika händelser samt antalet drabbade brukare) framgår<br />
det att händelser i råvattenförsörjningen inträffar sällan men kan påverka många brukare och vara<br />
långvariga. För händelser på distributionssidan är förhållandena de omvända, d.v.s. händelserna inträffar<br />
relativt ofta, har kort varaktighet och påverkar normalt sätt relativt få brukare. Jämförs resultaten i Figur<br />
6c med målet på högst 144 avbrottsminuter per år för genomsnittsbrukaren framgår det att medelvärdet<br />
klart ligger under denna nivå, men p.g.a. osäkerheterna finns det en viss sannolikhet att överstiga målet<br />
(8 %). Denna information är viktig då det beslutas om målet är uppfyllt eller inte. På motsvarande sätt<br />
som kapacitetsökningen i kommun C har analyserats kan nya sammankopplingar mellan kommunerna<br />
och andra förändringar i systemen analyseras.<br />
Avbrottsminuter per år och brukare<br />
1 800<br />
1 600<br />
1 400<br />
1 200<br />
1 000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
6a<br />
P05<br />
Medel<br />
P95<br />
C D E G<br />
Avbrottsminuter per år och brukare<br />
1 800<br />
1 600<br />
1 400<br />
1 200<br />
1 000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
6b<br />
C D E G<br />
Session 1: Management 29<br />
P05<br />
Medel<br />
P95<br />
Avbrottsminuter per år och brukare<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
6c<br />
P05<br />
Medel<br />
P95<br />
Tot. Råv. Ber. Dist.<br />
Figur 6 Resultatsammanställning för leveranssäkerhetsanalysen för kommunerna C-G. Till vänster (6a)<br />
presenteras risknivåerna för nuvarande system, i mitten (6b) resultatet efter kapacitetsökning i kommun C<br />
och till höger (6c) detaljerade risknivåer för kommun C efter kapacitetsökning.<br />
Diskussion och slutsatser<br />
Fallstudieexemplet som presenterats i denna artikel visar att en regional risk- och sårbarhetsanalys kan ge<br />
information om risken kopplad till både vattenkvalitet/hälsorisk och leveranssäkerhet för respektive<br />
kommun samt regionen som helhet. För exempelkommunerna A-G tydliggjordes det huruvida nuvarande<br />
barriärer är tillräckliga, var beslut om åtgärder fattats och om dessa är tillräckliga samt var ytterligare<br />
åtgärder är nödvändiga. På motsvarande sätt visar leveranssäkerhetsanalysen det förväntade antalet
avbrottsminuter per år och hur åtgärder förändrar risken. En viktig aspekt är möjligheten att analysera<br />
riskreducerande åtgärder och att effekten kan studeras såväl lokalt som regionalt. Beroendet mellan<br />
kommunerna kan ha en stor inverkan på risken och åtgärder i en kommun kan komma till nytta för flera<br />
andra, precis som att problem i en kommun kan fortplanta sig. Även om vattenförsörjningen i en specifik<br />
kommun i dagsläget inte är beroende av andra kommuner är en regional analys värdefull eftersom det<br />
visar möjligheter och begränsningar för t.ex. reservvattenförsörjning.<br />
För att avgöra huruvida riskreducerande åtgärder är nödvändiga eller inte måste nuvarande risknivå<br />
jämföras med en acceptabel nivå. För barriäranalyserna är acceptanskriteriet inbyggt i kravet på<br />
barriärhöjd, men för leveranssäkerhetsanalys finns inget sådant. I fallstudien antogs det mål på maximalt<br />
144 avbrottsminuter per år vilket används i en av kommunerna. Leveranssäkerhetsanalysen bidrar därmed<br />
till diskussionen om vilka mål och krav som bör ställas. Vidare tydliggör både barriär- och<br />
leveranssäkerhetsanalyserna frågan om vilka resurser som anses rimliga att satsa för att uppnå målen.<br />
Erfarenheterna från projektet om regional risk- och sårbarhetsanalys visar att de verktyg (GDP och<br />
felträdsanalys) som tillämpats är väl lämpade för regionala analyser. Genom det regionala angreppssättet<br />
identifieras och konkretiseras de beroenden som finns mellan kommuner med avseende på både hälsorisk<br />
och leveranssäkerhet. Tack vare att risknivåerna kvantifieras underlättas bl.a. jämförelsen av åtgärder.<br />
Väl genomförd kan en regional risk- och sårbarhetsanalys ge värdefull och användbar information som<br />
kan underlätta VA-planeringen på kort och lång sikt. Tydliggörandet av nuvarande risknivå och effekten<br />
av möjliga riskreducerande åtgärder ger ett bra beslutsunderlag som också kan underlättar samarbetet<br />
mellan olika kommuner.<br />
Fortsatt arbete<br />
Projektet om regional risk- och sårbarhetsanalys för dricksvattenförsörjning kommer att avslutas under<br />
hösten 2012. Resultaten kommer att redovisas i en vägledning som syftar till att visa hur regionala risk-<br />
och sårbarhetsanalyser kan genomföras, vilken information som krävs, vilka resultat som erhålls m.m.<br />
Tack<br />
Författarna vill tacka Myndigheten för samhällsskydd och beredskap för finansieringen av projektet. Ett<br />
stort tack riktas också till fallstudiekommunerna (Ale, Alingsås, Göteborg, Härryda, Kungsbacka,<br />
Kungälv, Lerum, Lilla Edet, Mölndal, Partille, Stenungsund, Tjörn och Öckerö) samt Göteborgsregionens<br />
kommunalförbund för det goda samarbetet som varit avgörande för ett lyckat projekt.<br />
Referenser<br />
Abrahamsson Lundberg J., Ansker J. & Heinicke G. (2009). MRA – Ett modellverktyg för svenska vattenverk,<br />
Rapport 2009-05, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling, Stockholm.<br />
Aven, T. (2003). Foundations of risk analysis a knowledge and decision-oriented perspective, Wiley, Chichester.<br />
CDW/CCME (2004). From source to tap: Guidance on the Multi-Barrier Approach to Safe Drinking Water, Federal-<br />
Provincial-Territorial Committee on Drinking Water and Canadian Council of Ministers of the Environment<br />
Water Quality Task Group, Health Canada.<br />
Haas C. N., Gerba C. P. & Rose J. B. (1999). Quantitative microbial risk assessment, Wiley, New York.<br />
IWA (2004). The Bonn Charter for Safe Drinking Water, International Water Association, London.<br />
Lindhe (2010). Riskanalys från råvatten till tappkran, Rapport 2010-08, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling, Stockholm.<br />
Lindhe, A., Rosén, L., Norberg, T. & Bergstedt, O. (2009). Fault tree analysis for integrated and probabilistic risk<br />
analysis of drinking water systems, Water Research, 43 (6), 1641-1653.<br />
Lindhe, A., Rosén, L., Norberg, T., Bergstedt, O. & Pettersson, T.J.R. (2011). Cost-effectiveness analysis of riskreduction<br />
measures to reach water safety targets, Water Research, 45 (1), 241-253.<br />
Livsmedelverket (2007). Risk- och sårbarhetsanalys för dricksvattenförsörjning,<br />
NHMRC/NRMMC (2004). National Water Quality Management Strategy: Australian Drinking Water Guidelines,<br />
National Health and Medical Research Council and Natural Resource Management Ministerial Council,<br />
Australian Government.<br />
Pollard, S.J.T. (2008). Risk Management for Water and Wastewater Utilities, IWA Publishing, London.<br />
Rosén, L., Hokstad, P., Lindhe, A., Sklet, S. & Røstum, J. (2007). Generic framework and methods for integrated<br />
risk management in water safety plans, Deliverable no. D4.1.3, D4.2.1, D4.2.2, D4.2.3, TECHNEAU.<br />
Riksrevisionen (2008). Dricksvattenförsörjning – beredskap för stora kriser, Riksrevisionen 2008:8, Stockholm.<br />
Ødegaard, H., Østerhus, S. & Melin, E. (2009). Veiledning til bestemmelse av god desinfektionspraksis, 170 - 2009,<br />
Norks Vann, Hamar.<br />
30 Session 1: Management
Exempel på och erfarenheter av svenska arbetsmetoder för<br />
HACCP<br />
Maria Bennet 1) , Johanna Westlund 2) , Derek Sutton 3)<br />
1) WSP Sverige AB, Laholmsvägen 10, 302 66 Halmstad, maria.bennet@wspgroup.se<br />
2) WSP Sverige AB, Lagergrens gata 8, 651 04 Karlstad, johanna.westlund@wspgroup.se<br />
3) WSP Sverige AB, 121 88 Stockholm-Globen, derrek.sutton@wspgroup.se<br />
Abstract<br />
According to the EU's hygiene regulation (852/2004/EC), companies are responsible for food safety, that<br />
hygiene rules are followed and that monitoring plans are based on HACCP (Hazard Analysis and Critical<br />
Control Point) principles. Industry guidelines on hygiene practices and how HACCP can be applied are<br />
important tools. The EU's Drinking Water Directive (98/83/EC) and hygiene regulation defines the quality of<br />
drinking water for human consumption from the time it reaches the consumer at the tap. The Swedish<br />
National Food Agency has defined regulations for drinking water for human consumption from the time<br />
withdrawal occurs from the source throughout delivery to the consumer’s tap. From January 1, 2012<br />
Swedish drinking water regulations require hygiene rules and HACCP to drinking water, protecting the<br />
chain from source to tap.<br />
The World Health Organization (WHO) has developed "Guidelines for Drinking Water Quality", which<br />
includes working with the Water Safety Plans (WSP). It is expected that this type of risk management will<br />
be included in coordination with the next revision of the EU's Drinking Water Directive in 2013. Sweden is<br />
considered at the forefront in this area in large part due to drinking water and water management<br />
regulations as these requirements include the creation of source water protection areas and the<br />
implementation of HACCP.<br />
HACCP is a system to prevent risks that impair water quality. The Swedish Water Association has<br />
developed a manual for self-monitoring with HACCP where guidance is available for identifying risks. Risks<br />
are based on the health hazards caused by microbial or chemical contamination that can occur in the<br />
water source, within the water treatment process or in the distribution network. A risk may, for example, be<br />
caused by a work routine or instruction that is missing or unclear, or a process step that does not provide<br />
adequate function. For each risk, the type of health hazard, the cause of the health hazard and the existing<br />
preventive measures are identified, plus whether the monitoring is measured online. The next step is to<br />
determine whether the risk is a critical control point (CCP). For the risks that are considered as CCPs,<br />
critical limits should be set for key parameters measured on-line. A critical limit is an alarm level with a<br />
margin of safety, so that corrective measures can be taken to prevent hazards to human health.<br />
Useful tools in HACCP include methods for good disinfection practices (GDP, guidance from the<br />
Norwegian Water Association) and quantitative microbiological risk analysis (MRA, modeling tools<br />
developed by the Swedish Water Association adapted for Swedish water utilities).<br />
Vad är HACCP?<br />
Enligt EU’s hygienförordning (EG 852/2004) ska företag ansvara för att livsmedel är säkra, att regler om<br />
hygien följs och att kontrollplaner bygger på HACCP-principerna (Hazard Analysis and Critical Control<br />
Point). I EU’s dricksvattendirektiv (EG 98/83) och hygienförordningen definieras dricksvattnet som<br />
livsmedel från det att det når konsumenten vid tappkranen och det är således från tappkranen som<br />
hygienförordningen tillämpas. De svenska dricksvattenföreskrifterna däremot, omfattar hygienregler och<br />
HACCP i hela kedjan från uppfodring till tappkran, vilket tydliggjorts från 1 januari 2012.<br />
Session 1: Management 31
Världshälsoorganisationen, WHO, har tagit fram “Guidelines for Drinking Water Quality” som omfattar<br />
arbetssätt med Water Safety Plans (WSP). Som ett minimum för att försäkra sig om att dricksvattnet är<br />
säkert omfattar WSP en bedömning av systemet från råvatten till tappkran (farobedömning), en effektiv<br />
operativ övervakning samt förvaltning av systemet (vid normal drift, incidenter och för åtgärder) och<br />
WSP omfattar också dokumentations- och kommunikationsrutiner. Vid nästa översyn av EU’s<br />
dricksvattendirektiv 2013, förväntas denna typ av riskhantering inkluderas i dricksvattendirektivet. Här<br />
bedöms Sverige ligga i framkant tack vare dricksvattenföreskrifterna med krav på HACCP och<br />
<strong>Vatten</strong>förvaltningsförordningen med krav på skydd av dricksvattenförekomster.<br />
<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>s branschriktlinjer för HACCP<br />
HACCP är ett system för att förebygga risker som ger försämrad dricksvattenkvalité. HACCP grundar sig<br />
på sju principer enligt följande.<br />
Princip 1: Utför faroanalys.<br />
Princip 2: Bestäm kritiska styrpunkter, CCP.<br />
Princip 3: Fastställ kritiska gränser.<br />
Princip 4: Skapa ett system för övervakning av CCP.<br />
Princip 5: Fastställ korrigerande åtgärder som ska vidtas när övervakning indikerar att en viss<br />
CCP inte är under kontroll.<br />
Princip 6: Fastställ verifieringsmetoder för att bekräfta att HACCP-systemet fungerar effektivt.<br />
Princip 7: Fastställ dokumentation över alla rutiner och journaler som krävs för dessa principer<br />
och tillämpningen av dem.<br />
<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> har tagit fram en handbok för egenkontroll med HACCP som är en vägledning för<br />
upprättande av grundförutsättningar/allmänna hygienregler (rutiner), HACCP-analys och rutiner för<br />
exempelvis kontroll i efterhand (provtagningsprogram) och kommunikation. När det gäller HACCPanalysen<br />
utgår riskerna från hälsofaror orsakat av mikrobiell eller kemisk förorening. En risk kan<br />
exempelvis orsakas av att en rutin/instruktion saknas eller är otydlig eller att ett beredningssteg inte ger<br />
tillräcklig reningseffekt. För varje risk anges typ av hälsofara, orsaken till hälsofaran, befintliga<br />
förebyggande åtgärder och om övervakning sker online.<br />
Nästa steg är att avgöra om risken är en kritisk styrpunkt, det vill säga CCP (Critical Control Point). För<br />
de risker som bedöms som CCP ska kritiska gränser fastställas för viktiga parametrar som mäts online. En<br />
kritisk gräns är en larmnivå som är satt så att åtgärder kan vidtas för att förhindra hälsofaran. Om en<br />
kritisk gräns överskridits ska korrigerande åtgärder, för återställning till ett godtagbart läge, anges för<br />
respektive CCP. Det är därför viktigt att larmnivån (kritiska gränsen) har god marginal till oacceptabel<br />
hälsorisk då det ger tid att åtgärda problemet. En CCP kan således kontrolleras på ett effektivt sätt genom<br />
online-mätning, men övriga risker baserade på rutiner, underhåll, organisation, etc. kan vara svårare att<br />
effektivt kontrollera.<br />
CCP identifieras med hjälp av ett beslutsträd med frågor om det finns förebyggande åtgärder eller kontroll<br />
(vattenskydd, provtagning, övervakning, egenkontroll) och om det finns processteg eller hantering som är<br />
specifikt anpassade för att minska hälsofaran till en acceptabel nivå. De risker som identifieras och som<br />
inte kan övervakas online är inte CCP, men behöver inkluderas i egenkontrollen genom en<br />
rutin/instruktion eller genom en direkt åtgärd (exempelvis installation av utrustning).<br />
I HACCP-analysen kan sammanfattningsvis riskerna värderas. Detta är inget obligatoriskt moment men<br />
den här delen av HACCP gör att systemet blir ett verktyg för att prioritera åtgärder. Utifrån de befintliga<br />
förutsättningarna på vattenverket och distributionsanläggningen görs en bedömning av riskens<br />
konsekvens, sannolikhet och frekvens som vägs samman till ett risktal.<br />
Användbara verktyg tillsammans med HACCP är metoden för god desinfektionspraxis, GDP (vägledning<br />
från Norsk Vann) samt kvantitativ mikrobiologisk riskanalys, MRA (modellverktyg framtaget av <strong>Svenskt</strong><br />
<strong>Vatten</strong> Utveckling anpassat för svenska vattenverk). Dessa ger en fördjupad kunskap om de<br />
mikrobiologiska barriärernas effekt.<br />
32 Session 1: Management
Genomförande av HACCP och exempel på resultat<br />
Vid genomförandet av HACCP bildas en grupp med projektledare och driftspersonal. Inledningsvis hålls<br />
en övergripande diskussion om hälsorisker och förebyggande åtgärder i råvattnet, kemikaliehantering,<br />
beredningsstegen och distributionsanläggningen.<br />
<strong>Vatten</strong>täkt<br />
Vid diskussion om hälsorisker i vattentäkten görs en genomgång av det befintliga skyddet. Finns<br />
vattenskyddsföreskrifter och efterföljs dessa? Vilka trafiksäkerhetsåtgärder har vidtagits? Har en risk- och<br />
sårbarhetsanalys genomförts? Finns en kris- och beredskapsplan för dricksvattenförsörjningen? Hur är<br />
kontrollen av råvattenkvalitén?<br />
Resultaten sammanfattas i HACCP-analysen och kan exempelvis leda till att skyddet av vattentäkten<br />
behöver förstärkas eller att kontinuerlig övervakning av råvattenkvalitén behövs. En sådan<br />
råvattenövervakning möjliggör styrning för driftsoptimering av vattenverkets beredningssteg. Lämpligen<br />
genomförs en MRA-modell av vattenverket för att öka kunskapen om den mikrobiologiska<br />
barriäreffekten utifrån variationer i råvattenkvalitén.<br />
<strong>Vatten</strong>verk<br />
En bedömning av möjliga hälsofaror (mikrobiella, kemiska, fysikaliska) genomförs i respektive<br />
beredningssteg i vattenverket. För varje hälsofara anges orsaken till den och vilka förebyggande åtgärder<br />
som finns. På vattenverket görs därför en grundlig genomgång av beredningsstegens utrustning,<br />
underhåll, drift, dimensionering, övervakning, rutiner och erfarenheter från inträffade incidenter.<br />
Ett exempel på resultat av en HACCP-analys i vattenverk är övervakning av turbiditet. I vattenverk med<br />
kemisk fällning och sandfiltrering är turbiditet en parameter som övervakas och är CCP. Gränsvärdet<br />
enligt dricksvattenföreskrifterna på utgående dricksvatten är 0,5 FNU eller NTU. På vattenverk<br />
förekommer att larmen är på samma nivå som gränsvärdet, vilket gör att larmnivån behöver justeras. Den<br />
normala variationen på turbiditeten ut från filtrerna kontrolleras för att bestämma halten för<br />
uppmärksamhetsnivån, d.v.s. den nivå när det sker en tydlig avvikelse från det normala. Nästa steg är att<br />
fastställa larmnivån där en direkt åtgärd måste vidtas för att inte överstiga gränsvärdet. Dessa kritiska<br />
gränser ska leda till att hälsorisken förebyggs genom en effektiv övervakning.<br />
Följande figur visar hur turbiditeten kan variera ut från ett beredningssteg med kemisk fällning och<br />
snabbsandfilter. På detta vattenverk mäts turbiditeten online på utgående vatten från respektive filter,<br />
vilket då tydligt visar hur respektive filter fungerar. Resultatet av genomförd HACCP är att larmnivåerna<br />
behöver justeras och att åtgärder behöver vidtas för att optimera beredningssteget, enligt tabellen nedan.<br />
HACCP-analysen har kompletterats med resultat från GDP, som visar att detta beredningssteg inte kan<br />
tillräknas som en pålitlig mikrobiologisk barriär och åtgärder behöver därför vidtas.<br />
Session 1: Management 33
Figure 1 Exempel på turbiditet från tre linjer efter kemisk fällning och sandfiltrering. Topparna visar<br />
turbiditet vid filterspolning.<br />
Table 1 Exempel kritiska gränser före och efter genomförd HACCP.<br />
Kritiska gränser<br />
Larmnivå innan genomförd HACCP 0,50 FNU<br />
Kritiska gränser efter genomförd HACCP<br />
Uppmärksamhetsnivå 0,15 FNU<br />
Larm för åtgärd 0,20 FNU<br />
Distributionsanläggning<br />
Det är viktigt att också distributionsanläggningarna besöks vid genomförandet av HACCP. När det gäller<br />
ledningsnätet genomgås rutiner för anläggningsarbete och arbete vid akuta läckor, uttag av vatten via<br />
brandposter, desinfektion av ledningsnätet, spolplaner samt underhåll av utrustning/installationer som<br />
exempelvis luftarventiler, brand- och spolposter, sprinklersystem och återströmningsskydd. Det är också<br />
viktigt att känna till förekomst av förorenad mark i områden med dricksvattenledningar på grund av risk<br />
för föroreningspåverkan. Samtliga reservoarer avstäms avseende utformning av bräddavlopp, ventilation,<br />
tak/väggar, reservoarluckor samt befintliga rutiner för underhåll, rengöring av lokaler och reservoarer<br />
samt vattnets uppehållstider.<br />
Exempel på resultat av HACCP-analys för distributionsanläggningen är att rutiner behöver dokumenteras<br />
eller att nödvändiga åtgärder behöver vidtas, som exempelvis att förse ventilationsrör med insektsnät eller<br />
pollenfilter och reservoarluckor med tätlister. Det förekommer att bräddavlopp inte har vattenlås och/eller<br />
att bräddavloppen är kopplade till spillvattenledning, vilket är allvarligt och leder till förebyggande<br />
åtgärder.<br />
34 Session 1: Management
Erfarenheter<br />
Vad är erfarenheterna av att genomföra en HACCP-analys och hur användarvänlig är sammanställningen<br />
med alla risker och risktal?<br />
Erfarenheterna visar att genomförandet med besök på alla anläggningar är betydelsefull. Personalen kan<br />
då gemensamt se statusen utifrån ett hygienperspektiv och förstå synsättet med hälsorisker i en HACCP.<br />
Det har visat sig att sammanställningen av riskerna i Excel innehåller mycket information och att den<br />
därför behöver förklaras för att tydliggöra upplägget. Resultatet av riskerna kan redovisas på alternativa<br />
sätt så att det passar den enskilde kommunen. Efter att den första HACCP-analysen sammanställts<br />
fortsätter det förebyggande arbetet. Exempelvis kan de prioriterade riskerna vara en stående punkt på<br />
agendan vid driftsmöten så att det finns ett tydligt fokus på HACCP-arbetet. När en åtgärd genomförts<br />
omvärderas frekvens, konsekvens och sannolikhet och på det viset jobbar man med att minska riskerna<br />
med hjälp av analysen. Ofta upplevs det som enklare att göra specifika tekniska åtgärder än att arbeta med<br />
dokumentation av rutiner och instruktioner.<br />
Ytterligare en erfarenhet är att det efter HACCP-analysen görs en omplacering av mätpunkterna för<br />
övervakning av CCP och att nivåer för larm ändras så att marginalen ökar för att med säkerhet uppnå<br />
hälsosamt dricksvatten. Det är också bra med förslag och påpekanden om åtgärder som framgår av<br />
analysen samt att HACCP kan användas som underlag för handlingsplaner tack vara bedömning av<br />
risktal.<br />
Sammanfattning<br />
Till skillnad från andra livsmedel går det inte att återkalla ett dricksvatten som distribuerats. Det är därför<br />
mycket viktigt att ha kontroll på hela dricksvattenproduktionen från råvara till produkt som rinner ur<br />
kranen. HACCP är ett användbart verktyg för systematisk riskhantering och resultatet innebär att<br />
hälsorisker har beaktats och värderats från vattentäkt via vattenverk och vidare ut till användarna.<br />
HACCP-analysen bedömer däremot inte leveranssäkerheten i systemet, då det är kvalité som regleras i<br />
dricksvattenföreskrifterna.<br />
Sammanfattningsvis ger HACCP-analysen följande resultat:<br />
Kritiska styrpunkter (CCP) och larmnivåer för kontroll av beredningen<br />
Eventuella brister i själva egenkontrollen (rutiner och instruktioner)<br />
Förebyggande åtgärder som behöver vidtas<br />
Behov av ytterligare kunskap<br />
Rangordnad prioritet av riskerna, används som underlag i handlingsplaner<br />
Ökad samsyn och kunskap om hälsorisker<br />
Referenser<br />
Livsmedelsverket (2011). Statens livsmedelsverks föreskrifter om dricksvatten SLVFS 2001:30 om<br />
dricksvatten.<br />
C. Johansson (2011). Säkrare dricksvatten, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> konferens 2011-11-15<br />
M. Bennet (oktober 2010). Verktyg för systematisk riskhantering, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> nr 5, 18-19.<br />
<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> (2007-06-26). Dricksvatten: Produktion och Distribution, Handbok för<br />
Egenkontrollprogram med HACCP.<br />
M. Bennet (2006-2012). HACCP för 30 vattenverk i Sverige.<br />
Norsk Vann (2009). Veiledning til bestemmelse av god desinfeksjonspraksis, Norsk Vann rapport 170.<br />
J. Lundberg Abrahamsson, m fl (2009). MRA – Ett modellverktyg för svenska vattenverk, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong><br />
Utveckling nr 2009-05.<br />
Session 1: Management 35
Benchmarkingmodell för dricksvattenförsörjning i Sverige<br />
M. Bondelind*, A. Malm**, O. Bergstedt**, J. Lindgren***, T.J.R. Pettersson****<br />
* Chalmers, Inst. för Bygg- och miljöteknik 412 96 Göteborg, mia.bondelind@chalmers.se<br />
** Göteborg <strong>Vatten</strong>, Box 123, 42423 Angered<br />
*** <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>, Box 47 607, 117 94 Stockholm<br />
**** Chalmers, Inst. för Bygg- och miljöteknik 412 96 Göteborg<br />
Abstract. The Swedish Water & Wastewater Association has initiated a benchmarking project to assess the quality<br />
and quantity, safety and efficiency of drinking water systems in Sweden. An important part of the project is to develop<br />
a benchmarking model which provides a useful tool for the municipalities to evaluate the status of their drinking water<br />
systems in respect to a safe drinking water quality and quantity. The increased focus on a safe drinking water, in<br />
terms of microbiological contaminants, originates from recent outbreaks of waterborne diseases in Östersund and<br />
Skellefteå in Sweden. The derived benchmarking model presented in this paper evaluates the safety of the water by a<br />
few carefully selected parameters. The model will apply to both small and large drinking water systems and will<br />
provide a useful tool for comparison of drinking water systems within Sweden to encourage for a continued<br />
improvement of the systems. In addition, the model provides a straightforward and transparent tool for the<br />
municipalities to communicate the status of the drinking water systems to the public.<br />
Introduktion<br />
De flesta verksamheter strävar efter att effektivisera och förbättra sin verksamhet. Detta gäller även för<br />
vattentjänstbranschen (Vieira et al. 2008; Alegre et al. 2010; Balmér 2010). I Norge genomförs en årlig<br />
tillståndsvärdering av hela va-verksamheten indelad i vatten- respektive avloppsystem (Norsk Vann 2011). Syftet är<br />
att kunna visa tillståndet för det kommunala vattnet i Norge och ge kommunen en värdering av standarden av<br />
vattenproduktionen. Tillståndsvärderingen kan även användas för att förmedla resultat och visa på resursbehovet till<br />
kommunpolitiker. Datainsamlingen, som sker på vattenverksnivå, läggs sedan samman och presenteras på<br />
kommunnivå. Standarden på kommunens tjänster mäts med fem parametrar: Hygieniskt säkert vatten, <strong>Vatten</strong>kvalitet,<br />
Leveranssäkerhet, Alternativ försörjning och Ledningsnätets funktion. Parametrarna har tagits fram för att passa både<br />
små och stora vattenverk och de täcker in områdena råvatten, beredning och distribution. Varje parameter består av<br />
ett antal nyckeltal som värderas utifrån framtagna kriterier och acceptabla gränsvärden. De fem parametrarna<br />
betygsätts slutligen enligt skalan God, Otillräcklig samt Dålig.<br />
Sjukdomsutbrott orsakade av dricksvattnet i både Östersund och Skellefteå har aktualiserat frågan om ett säkert<br />
dricksvatten. I ett led att utveckla och utvärdera dricksvattensystemen och möjliggöra värdering av, i första hand, en<br />
säker produktion av dricksvatten har <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> initierat ett benchmarkingprojekt. Målsättningen med<br />
benchmarking är en systematisk jämförelse av verksamheten vilken leder till en utveckling och effektivisering av<br />
denna.<br />
Ett ramverk för en benchmarkingmodell för att beskriva tillståndet för vattenberedningen i Sveriges kommuner<br />
utifrån ett konsumentperspektiv presenteras i denna artikel. Det övergripande målet med modellen är att driva på<br />
utvecklingen mot ett säkrare dricksvatten samt att öka användandet av mikrobiologiska riskvärderingar. Genom väl<br />
definierade parametrar kan modellen mäta och värdera en säker dricksvattenkvalitet.<br />
Modellutveckling<br />
En första version av en benchmarkingmodell utifrån ett konsumentperspektiv presenteras i denna artikel. Den<br />
framtagna modellen ska övergripande visa om en säker dricksvattenkvalitet har uppnåtts i en kommun. Modellen<br />
baseras på den norska tillståndsvärderingen.<br />
Benchmarkingmodellen belyser hur långt en kommun har nått med att tillhandahålla en säker dricksvattenkvalitet<br />
baserat på tre parametrar: Hälsomässigt säkert vatten, <strong>Vatten</strong>kvalitet och Leveranssäkerhet, Tabell 1. Dessa tre<br />
parametrar består i sin tur av ett antal kriterier vilka värderas utifrån framtagna gränsvärden, Tabell 2. Genom<br />
36 Session 1: Management
gränsvärdena kan de tre övergripande parametrarna värderas på en skala från God till Otillräcklig till Dålig enligt<br />
uppfylld dricksvattenkvalitet. Det är viktigt att notera att denna modell endast behandlar råvatten och beredning<br />
eftersom distributionsnätet har behandlats i tidigare projekt.<br />
Tabell 1 Ramverket för benchmarkingmodellen bygger på tre parametrar, vilka består av ett antal kriterier.<br />
Parameter Kriterier<br />
Hälsomässigt säkert vatten H1<br />
H2<br />
H3<br />
<strong>Vatten</strong>kvalitet V1<br />
V2<br />
V3<br />
Leveranssäkerhet L1<br />
L2<br />
Rutinprov med anmärkning: Otjänligt<br />
Uppföljning och åtgärder<br />
Förenklad GDP (God Desinfektionspraxis)<br />
Rutinprov med anmärkning: Tjänligt med anmärkning<br />
Uppföljning och åtgärder<br />
Registrering och uppföljning av klagomål<br />
Tidsperiod som alternativ försörjning räcker<br />
Alternativ försörjning vid utslaget vattenverk<br />
Hälsomässigt säkert vatten<br />
Parametern Hälsomässigt säkert vatten säkerställer att vattnet är säkert att dricka utan att konsumenten bli sjuk.<br />
Parametern bedöms utifrån tre kriterier, Tabell 1. Gränsvärden som måste uppnås för att erhålla värderingen God,<br />
Otillräcklig eller Dålig status anges i Tabell 2.<br />
Det första kriteriet mäter andelen rutinprov tagna på utgående vatten från vattenverket samt ute på ledningsnätet<br />
som bedömts som ’Otjänliga’. Rutinprover tas kontinuerligt och antalet prov som tas är reglerade i<br />
Livsmedelsverkets föreskrifter om dricksvatten (SLVFS 2001:30) och baseras på antalet brukare. Varje prov bedöms<br />
enligt skalan tjänligt, tjänligt med anmärkning och otjänligt. I proven bedöms både vattenkvalitet samt<br />
mikrobiologisk förekomst.<br />
Det andra kriteriet säkerställer att rutinproven som bedömts som ’Otjänliga’ systematiskt följs upp och utreds.<br />
Det tredje kriteriet gäller att en förenklad GDP (God Desinfektionspraxis) ska utföras för varje vattenverk. GDP,<br />
tidigare benämnd ODP (Optimal desinfeksjonspraksis), är en metod som utvecklats i Norge (Norsk Vann 2009).<br />
Metoden ger en indikation på om man uppfyller de mikrobiologiska kraven för dricksvatten genom att en<br />
barriärshöjd beräknas. Barriärshöjden ger ett mått på hur stor avskiljning som krävs vid vattenverket för att uppnå ett<br />
mikrobiologiskt säkert dricksvatten. Metoden är anpassad för norska förhållanden och relativt krävande att utföra.<br />
Därför kommer en förenklad GDP-modell att utvecklas inom ramen för benchmarkingprojektet. Den förenklade<br />
GDP:n genomförs för varje vattenverk och resultatet aggregeras sedan till kommunnivå.<br />
<strong>Vatten</strong>kvalitet<br />
Parametern <strong>Vatten</strong>kvalitet säkerställer att konsumenten får en god vattenkvalitet. Kvaliteten bedöms utifrån tre<br />
kriterier, enligt Tabell 1. Gränsvärden som måste uppnås för att erhålla värderingen God, Otillräcklig eller Dålig<br />
status anges i Tabell 2.<br />
Det första kriteriet mäter andelen rutinprov, vilka tas på utgående vatten från vattenverket samt prov tagna ute på<br />
ledningsnätet, som bedömts som ’Tjänligt med anmärkning’. Rutinprover tas kontinuerligt och antalet prover som tas<br />
är reglerade i (SLVFS 2001:30) och beror på antal brukare. Provet bedöms enligt skalan tjänligt, tjänligt med<br />
anmärkning och otjänligt. I proven bedöms både vattenkvalitet samt mikrobiologisk förekomst.<br />
Det andra kriteriet säkerställer att rutinproven som bedömts som ’Tjänligt med anmärkning’ systematiskt följs<br />
upp och utreds.<br />
Det tredje kriteriet säkerställer att klagomål kring vattenkvaliten som lämnats av brukarna följs upp och utreds.<br />
Leveranssäkerhet<br />
Parametern Leveranssäkerhet visar om kommunen har tillräcklig säkerhet kring alternativa<br />
försörjningsmöjligheter. Parametern är uppdelad i två kriterier, enligt Tabell 1. Gränsvärden som måste uppnås för<br />
att erhålla värderingen God, Otillräcklig eller Dålig status anges i Tabell 2.<br />
Det första kriteriet mäter hur länge fullgod vattenkvalitet kan uppnås vid utnyttjande av tillgängligt reservvatten<br />
under en tidsperiod på 90 dagar. Reservvatten täcker in all tillgänglig nöd- och reservförsörjning exempelvis<br />
reservvattentäkter, tankbilar och paketerat vatten.<br />
Session 1: Management 37
Det andra kriteriet mäter hur länge brukarna kan försörjas vid ett utslaget vattenverk.<br />
Tabell 2 Benchmarkingmodellen med samtliga kriterier och gränsvärden.<br />
Värdering Kriterier samt gränsvärden<br />
Hälsomässigt säkert vatten: Brukarna har ett hälsomässigt säkert vatten<br />
God Hg1 24 h med vatten utan normal strömförsörjning<br />
genom reservkraft, tankbilar, reservoarvolym vid utslaget vattenverk.<br />
Otillräcklig Lo1 Alternativ försörjning kan upprätthållas utan fullgod vattenkvalitet i > 90 dagar.<br />
Lo2 Brukarna kan försörjas under > 12 h med vatten utan normal strömförsörjning<br />
genom t.ex. reservkraft, tankbilar, reservoarvolym vid utslaget vattenverk.<br />
Dålig Ld1 Alternativ försörjning kan upprätthållas utan fullgod vattenkvalitet i < 90 dagar.<br />
Ld2<br />
Brukarna kan försörjas under < 12 h med vatten utan normal strömförsörjning<br />
genom reservkraft, tankbilar, reservoarvolym vid utslaget vattenverk.<br />
38 Session 1: Management
Modellutvärdering<br />
Modellen har i ett första skede utvärderats för en liten och en stor kommun. Den större kommunen har två<br />
ytvattenverk vilka försörjer ca 500 000 invånare medan den mindre kommunen har 12 grundvattenverk vilka<br />
försörjer ca 20 000 invånare. Resultatet presenteras i Tabell 3.<br />
Tabell 3 Utvärdering av benchmarkingmodellen för två kommuner.<br />
Diskussion och slutsats<br />
Parameter Stor kommun Liten kommun<br />
Hälsomässigt säkert vatten Otillräcklig Dålig<br />
<strong>Vatten</strong>kvalitet God Dålig<br />
Leveranssäkerhet Dålig Dålig<br />
En första version av en benchmarkingmodell vilken utifrån ett konsumentperspektiv visar om en säker<br />
dricksvattenkvalitet uppnås inom en kommun har presenterats. Utvalda kriterier diskuteras kortfattat nedan.<br />
Gränsvärdet för kriteriet H1 anger andelen rutinprov med anmärkningen ’Otjänligt’ som får förekomma för att<br />
uppnå värderingen God. Det föreslagna gränsvärdet 1% otjänliga prov ger olika utfall beroende på storlek på<br />
kommunen, då antalet prover som tas baseras på antal brukare. En liten kommun som tar 100 prov eller färre<br />
kommer att nå över gränsvärdet 1% om de får ett enda otjänligt prov, medan en större kommun som tar fler än 100<br />
prov kan få flera otjänliga prov innan de når gränsvärdet på 1%. Ingen av kommunerna, Tabell 3, har uppmätt<br />
otjänliga prover, utan orsaken till att de inte uppnår värderingen God för parametern Hälsomässigt säkert vatten är<br />
att de inte uppfyller kriterium H3 fullt ut.<br />
Komplexiteten för den förenklade GDP:n bör varieras beroende på kommunstorlek och den bör kunna hantera<br />
både grundvattenverk och ytvattenverk. Man kan resonera kring om någon annan riskanalys ger motsvarande resultat<br />
som en genomförd GDP, exempelvis en Water Saftey Plan (WSP), Hazard Analysis and Critical Control Points<br />
(HACCP) eller Mikrobiologisk Risk Analys (MRA). Det är få vattenverk som genomfört en GDP och många verk<br />
kommer därför inte att uppnå värderingen God då benchmarkingmodellen tas i bruk.<br />
Det bör noteras att kommuner som kan tillhandahålla vatten med fullgod vattenkvalitet under en kortare period än<br />
90 dagar och sedan kan komplettera med vatten utan fullgod kvalitet under de resterande dagarna erhåller<br />
värderingen Otillräcklig för kriteriet L1. Det finns många möjliga scenarier som kan medföra att råvattentäkten<br />
förorenas eller att vattenverket inte kan leverera rent vatten till exempel genom en kontaminerad process på verket,<br />
förlorad kontroll av mikrobiologisk säkerhetsbarriär (kritisk styrpunkt), stora maskinhaverier, ledningshaveri inom<br />
anläggningen eller sabotage och olyckor inom vattentäkten. Kriterium L2 ska därför spegla hur länge brukarna kan<br />
försörjas vid ett utslaget vattenverk.<br />
En första version av en benchmarkingmodell utifrån ett konsumentperspektiv har presenterats i denna artikel. Den<br />
framtagna modellen visar övergripande om en säker dricksvattenkvalitet uppnås inom en kommun. Modellen är lätt<br />
att kommunicera till allmänheten och bör leda till att man inom kommunen reflekterar över varför man eventuellt<br />
inte uppfyller en säker dricksvattenkvalitet.<br />
Referenser<br />
Alegre, H., Baptista, J., Cabrera, E., Cubillo, F., Duarte, P., Hirner, W., Merkel, W. and Parena, R., Eds. (2010). Performance<br />
indicators for water supply services.<br />
Balmér, P. (2010). Benchmarking och nyckeltal vid avloppsreningsverk. Rapport nr 2010-10 <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling.<br />
Norsk Vann (2011). Brukermanual for tilstandsvurdering.<br />
Vieira, P., Alegre, H., Rosa, M. J. and Lucas, H. (2008). "Drinking water treatment plant assessment through performance<br />
indicators." WST: Water Supply 8(3), 245-253.<br />
Norsk Vann (2009). Veiledning til bestemmelse av god desinfeksjonspraksis, Rapport nr 170-2009, ISBN 978-82-414-0307-1<br />
Session 1: Management 39
40 Session 1: Management
Session 2: Säker dricksvattenhantering<br />
Riskhantering i vattenförsörjningen 42<br />
Förbättrad SCADA-säkerhet vid<br />
dricksvattenanläggningar 47<br />
Hantering av känslig information<br />
inom dricksvattenförsörjningen 55<br />
QMRA som stöd i säkerhetsplaneringen<br />
– minskning och hantering av risk<br />
för norovirus via dricksvatten 58<br />
Kan klordioxid fungera som hygienisk<br />
barriär i interna distributionssystem? 62<br />
Samband mellan nederbörd uppströms<br />
ett dricksvattenverk och samtal till sjukvårds-<br />
upplysningen gällande mag-tarm symtom. 67<br />
VISK – Minskad risk för vattenburen smitta<br />
trots förändrat klimat 71<br />
Erfarenheter från workshopar om GDP och MRA 75<br />
NORVID projektet – analys av norovirus<br />
i dricksvatten 80<br />
Detektion av adenovirus i floden Glomma 85<br />
Ultrafilter – en oberoende mikrobiologisk barriär 86<br />
Modellering, övervakning och källspårning<br />
av mikrobiologiska risker i råvatten 94<br />
41
Risikostyring i vandforsyningen<br />
Corfitzen C B*, Arnbjerg-Nielsen K*, Andersen H S**, Jørgensen C**, Jacobsen P***,<br />
Mollerup F****, Lind S*****, Heidemann G ****** , Jensen R*******, Albrechtsen H-J*<br />
*DTU Miljø, Danmarks Tekniske Universitet, Miljøvej, bygning 113, DK-2800 Kgs. Lyngby,<br />
cbco@env.dtu.dk; karn@env.dtu.dk; hana@env.dtu.dk<br />
**DHI, Agern Allé 5, DK-2970 Hørsholm, hsa@dhigroup.com; clj@dhigroup.com<br />
***Århus Vand A/S, Bautavej 1, DK-8210 Århus V, pja@aarhusvand.dk<br />
****VandCenter Syd A/S, Vandværksvej 7, DK-5000 Odense C, fm@vandcenter.dk<br />
*****Københavns Energi A/S, Ørestads Boulevard 35, DK-2300 København S, soli@ke.dk<br />
******Naturstyrelsen, Haraldsgade 53, DK-2100 København Ø, guhei@nst.dk<br />
*******Odense Kommune, Flakhaven 2, DK-5000 Odense C, rij@odense.dk<br />
Abstract. Drinking water in Denmark is distributed with only few or no hygienic barriers between<br />
catchment and consumer, and it is therefore essential to monitor the drinking water quality. Traditionally,<br />
drinking water monitoring has been performed as a control of the delivered water quality rather than as a<br />
risk management, allowing to react timely on quality changes to prevent distribution of a deteriorated water<br />
quality. ‘From risk monitoring to risk management – risk assessment in water supply’ is a 3-year (2011-<br />
2013) innovation project under the strategic partnership ‘Water in Urban Areas’ (www.vandibyer.dk) carried<br />
out by the knowledge institutions DTU Environment, DHI, the water utilities Copenhagen Energy, Aarhus<br />
Water, VCS Denmark and the public authorities Odense municipality and the Danish Nature Agency. The<br />
purpose of the project is to develop and implement risk management as a part of the climate adaptation<br />
measures in the water supply. The risk management will be based on the development of a new and<br />
improved monitoring strategy from catchment to consumer - taking into consideration the possibilities and<br />
limitations of analytical methods and sensors - and the development and implementation of advanced<br />
quantitative risk analysis and management systems. The project work includes: a) Identification of focus<br />
areas based on experiences gathered from contamination cases in the involved water supplies; b)<br />
Identification of additional demand for management systems for monitoring based on experiences from the<br />
processes of implementing Water Safety Plans; c) Development of a new monitoring strategy; d)<br />
Development of quantitative risk assessment in water supply; e) Development of strategies for<br />
implementing extra hygienic barriers e.g. UV; f) Development of new software to cover identified demands<br />
for monitoring and management; g) Implementing and evaluating developed tools in demonstration<br />
projects, hereby ensuring further dissemination. The first part of the project has been a knowledge<br />
gathering based on the water utilities experiences from implementation of Water Safety Plans and from<br />
contamination cases. The knowledge gathering will be used to define monitoring strategies for the three<br />
scenarios a) the normal situation; b) a contamination situation; c) source tracking situation.<br />
Baggrund<br />
Vandforsyningen i Danmark er stærkt decentraliseret med over 2500 vandforsyninger og en årlig<br />
drikkevandsproduktion i størrelsesordenen 400 mio m 3 baseret udelukkende på grundvand. Efter en<br />
simpel behandling, der oftest kun består af iltning og sandfiltrering, distribueres drikkevandet uden<br />
desinfektionsresidual, og der er derfor ingen eller få hygiejniske barrierer mellem boring og forbruger.<br />
Monitering af drikkevandskvalitet bliver således essentiel. Historisk set bygger kvalitetssikring af<br />
vandforsyningsprocesser i langt højere grad på kontrol - det vil sige en måling af, om det leverede vand<br />
var i orden - end på styring, hvor der kan ageres ved ændring af vandkvaliteten så rettidigt, at distribution<br />
af forringet vandkvalitet hindres. Især på det mikrobiologiske område, hvor en vandanalyse kan tage 1-3<br />
døgn, er der behov for at kunne være mere på forkant.<br />
I forbindelse med de seneste års kraftige nedbørshændelser opstod der mikrobiologiske forureninger<br />
med efterfølgende kogeanbefaling i fx byerne Køge, Århus og København. Der er et udtalt behov for en<br />
forbedret overvågning af vandkvalitet i højdebeholdere og forsyningsnet, så risici ved øget<br />
nedbørsintensitet og efterfølgende oversvømmelse som konsekvens af klimaændring kan håndteres.<br />
42 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Projektets formål<br />
Fra kontrol til styring – Risikovurdering i vandforsyningen er et tre-årigt (2011-2013)<br />
innovationsprojekt under det strategiske partnerskab Vand i Byer (www.vandibyer.dk). Projektgruppen<br />
består af vidensinstitutionerne DTU Miljø og DHI, vandforsyningerne Københavns Energi A/S, Århus<br />
Vand A/S og VandCenter Syd A/S samt de offentlige myndigheder Odense kommune og Naturstyrelsen.<br />
Projektet har til formål at udvikle og implementere risikostyring i vandforsyningen omfatter hele<br />
vandforsyningskæden – fra kilde, over vandbehandling, opbevaring og distribution til forbrugeren.<br />
Projektet vil således tage et skridt fra bagudrettet kontrol mod pro-aktiv styring af risici i forbindelse med<br />
levering af rent drikkevand.<br />
Risikostyring vil blive baseret på udvikling af nye og forbedrede moniteringsstrategier for<br />
vandforsyninger, på den nyeste teknologi (fx sensorer) og på udvikling og implementering af mere<br />
avancerede kvantitative risikoanalyser og kvalitetssikrings- og ledelsessystemer til sikring af vandets<br />
kvalitet, når det leveres til forbrugeren. Projektets aktiviteter inkluderer således:<br />
Identifikation af indsatsområder med hensyn til monitering baseret på erfaringsindsamling fra<br />
forureningssager hos de involverede vandforsyninger<br />
Identifikation af behov for styring baseret på moniteringen samt erfaringsopsamling fra<br />
implementeringen af kvalitetssikrings-/ledelsessystemer hos de i projektet involverede<br />
vandforsyninger<br />
Etablering af nye moniteringsstrategier – hvor skal der måles? for hvad? med hvilke<br />
metoder/sensorer? hvor ofte? for at opnå en strategisk optimal styring af risici fra kilde til forbruger<br />
Udvikling af kvantitativ risikovurdering i vandforsyningen<br />
Udvikling af strategier for placering af ekstra hygiejniske barrierer som fx UV-behandling i<br />
distributionssystemet baseret på fx ledningsnet modellering, risici og sårbare forbrugere<br />
Udvikling af værktøjer (software) der i videst muligt omfang dækker de identificerede behov for<br />
monitering og risikostyring, så de udviklede strategier kan gøres tilgængelige for andre<br />
vandforsyninger på en operationel måde<br />
Implementering og evaluering af de udviklede værktøjer i demonstrationsprojekter. Herved sikres, at<br />
de udviklede værktøjer testet i praksis, hvilket kan bidrage til efterfølgende udbredelse af de udviklede<br />
teknologier<br />
Erfaringsopsamlingen er gennemført i projektets første år, og denne danner grundlag for etableringen<br />
af moniteringsstrategier, der færdiggøres over sommeren 2012.<br />
Erfaringsopsamling<br />
Den danske miljøstyrelse gennemførte i 2004 et pilotprojekt, der skulle vurdere, om principperne fra<br />
ledelsessystemet ’Hazard analysis and critical control points (HACCP)’ – på dansk Risikofaktor analyse<br />
og kritiske styringspunkter – til fødevaresikkerhed var anvendelig i dansk vandforsyning: ”HACCP – et<br />
værktøj til risikostyring i vandforsyningen” (DANVA vejledning nr. 72) og DANVA nedsatte i 2004 et<br />
udvalg under Vandforsyningskomiteen til udarbejdelse af en vejledning for danske vandforsyninger om<br />
implementering af risikostyring efter HACCP principper støttet af Miljøstyrelsen: ”Vejledning i sikring af<br />
drikkevandskvalitet (Dokumenteret DrikkevandsSikkerhed - DDS) (Miljøprojekt 989, 2005). Disse to<br />
projekter anvendes som udgangspunkt ved indførelse af DDS i danske vandforsyninger. HACCP/DDS<br />
bygger på en gennemgang af processer og anlæg, risikovurdering og tiltag til forbedringer, hvor risikoen<br />
vurderes uacceptabel, hvorved styring af risici således er en af hjørnestenene. Det er i Danmark ikke et<br />
lovmæssigt krav, at en vandforsyning skal indføre DDS, og det estimeres, at kun omkring 10<br />
vandforsyninger har færdigimplementeret DDS, mens endnu 30-40 vandforsyninger estimeres at være i<br />
processen med at implementerer DDS.<br />
De tre vandforsyninger, der indgår i projektgruppen repræsenterer de største vandforsyninger i<br />
Danmark og udgør tilsammen ca. en femtedel af den samlede drikkevandsproduktion i Danmark. De har<br />
alle implementeret DDS (påbegyndt henholdsvis 2005, 2007 og 2008) og deltager regelmæssigt i<br />
forsknings- og udviklingsprojekter, hvorved de kan betragtes som ’first-movers’ indenfor branchen. På<br />
trods af implementering af DDS har vandforsyningerne oplevet forureningssager - inkluderende<br />
kogeanbefaling - indenfor de seneste år. Vandforsyningernes erfaringer fra implementering af DDS og<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 43
oplevede forureningssager, vil således belyse områder, hvor DDS som værktøj kan forbedres,<br />
videreudvikles og tilpasses samt identificere risici og behov for yderligere monitering for at kunne styre<br />
disse risici.<br />
Erfaringsindsamlingen omfattede<br />
Indhentning og analyse af vandforsyningernes DDS dokumenter<br />
Interviews i vandforsyningerne om processen omkring implementering af DDS<br />
Interviews i vandforsyningerne om forureningssager<br />
Indsamling og analyse af data til udredning af udvalgte forureningssager<br />
Faglige diskussioner i projektgruppen ved projektmøder<br />
Hovedpointer fra erfaringsopsamlingen<br />
Erfaringsopsamlingen resulterede i en række elementer, der fødes ind i etablering af moniteringsstrategi.<br />
Af hovedpointer kan nævnes:<br />
Processen ved oprettelsen af de initiale DDS-dokumenter, og hvorledes de er implementeret i<br />
organisationerne varier hos de tre vandforsyninger, men hos alle tre er DDS forankret ved at blive en<br />
integreret del af ledelsessystemerne. Hos Københavns Energi A/S, der er den største af de tre<br />
vandforsyninger, har man desuden ansat en DDS koordinator, til at sikre den kontinuerlige forankring. Et<br />
essentielt element for en succesfuld implementering og forankringsproces er at motivere medarbejdere på<br />
alle niveauer i organisationen, og fastholde denne motivation ved at skabe en fælles ansvarsfølelse<br />
omkring DDS. Det er således vigtigt, at ledelsen melder ud, at DDS er en prioritering, og får tydeliggjort<br />
formålet og fornuften med de givne procedurer samt de resulterende konsekvenser/risici ved ikke at følge<br />
disse. Styring af risici afhænger i høj grad af, at der hos den enkelte medarbejder opnås forståelse for, at<br />
drikkevand er en fødevare, der kræver et højt hygiejneniveau. Det er lige væsentligt, at dette sker på<br />
ledelses/planlægningsniveau, som hos manden i marken, der rent faktisk arbejder med de åbne vandbaner.<br />
Udnævnelse af DDS-ambassadører på de forskellige niveauer i organisationen kan være et værktøj til<br />
dette. Forankringens succes vil dog forsat afhænge af, at DDS og hygiejne bliver en naturlig del af<br />
hverdagen, der kontinuert holdes opmærksomhed på fx ved at involvere medarbejdere i årlige<br />
introduktions- og genopfriskningskurser i DDS og hygiejne, gennemgang af specifikke cases,<br />
sidemandsoplæring, løbende interne og eksterne audits, og løbende opdatering af DDS dokumenter. Det<br />
er dog samtidig vigtigt, at der skabes åbenhed om indberetning af mangler og menneskelige fejl, der<br />
introducerer risici. Disse skal trygt kunne indberettes i en ikke-dømmende atmosfære uden konsekvenser<br />
for den enkelte medarbejder, så korrigerende aktioner kan foretages hurtigst mulig.<br />
Netop processen med specifikt at gennemgå egen vandforsyning og identificere risici og muligheder<br />
for styring gør DDS-dokumentationen unik for hver enkelt vandforsyning. Således er definitionen af<br />
sandsynlighed og konsekvens og den resulterende risiko (kategorisering som lav, mellem, alvorlig)<br />
individuel for de tre enkelte vandforsyninger, på trods af, at alle tre vandforsyninger har haft den samme<br />
konsulent tilknyttet arbejdet med at udarbejde de initiale DDS-dokumenter.<br />
Helt generelt for alle tre vandforsyninger vurderes relativt få identificerede risici som alvorlige under<br />
områderne ’Indvinding og Produktion’, dels på grund af at vandforsyningerne har relativt gode<br />
muligheder for styring i disse forsyningstrin, og mange konsekvenser vurderes lave på grund af stor<br />
fortynding. Det største antal identificerede risici vurderes alvorlige i området ’Distribution’, hvor antallet<br />
af risici for forurening er størst. End del risici vurderes som alvorlige under området ’Forbruger’, men<br />
dette er det forsyningstrin, hvor vandforsyningerne har mindst mulighed for styring, og oplysning af<br />
forbrugerne får stor betydning. Forskel på systemerne i de tre vandforsyningerne, variation i vurdering og<br />
de enkelte vandforsyningers mulighed for styring medfører, at en risiko identificeret i mere end én<br />
vandforsyning ikke nødvendigvis vurderes til samme kategori i alle tre vandforsyninger (eksempler i<br />
Tabel 1).<br />
Forældede anlæg og beholdere med dårligt design udpeges af vandforsyningerne som en særlig risiko,<br />
hvor, beholdere ofte er delvist bygget ind i terræn og har dårlig tilgængelighed, hvilket vanskeliggør<br />
tilstandsvurderinger. Utilstrækkeligt renoveringsbudget kan gøre det svært at eliminere risici forbundet<br />
med disse anlæg og beholdere, hvilket gør overvågning af risici meget vigtig. Er et anlæg eller beholder<br />
først kommet på renoveringslisten, er det nemt at glemme og overse de fortsat eksisterende risici indtil<br />
renoveringsprocessen reelt går i gang, og tiltag for at hindre dette bør tages.<br />
44 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Tabel 1 Eksempler på vurdering af risici hos de tre vandforsyninger Århus Vand A/S (AAV), VandCenter<br />
Syd A/S (VCS) og Københavns Energi A/S (KE). Formulering af en given risiko i tabellen er ikke<br />
nødvendigvis ordret den samme i de forskellige vandforsyninger. Er en given vandforsyning ikke angivet<br />
ud for risiko, er risikoen ikke er specifikt identificeret i den enkelte vandforsyning.<br />
Risiko<br />
Indvinding<br />
Alvorlig Mellem Lav<br />
Indtrængen af kloakvand ved brud, infiltrering,<br />
utætheder<br />
AAV, KE VCS<br />
Indtrængen af overfladevand ved tilbagesug, brud,<br />
AAV, KE,<br />
utætheder, oversvømmelser<br />
Produktion<br />
VCS<br />
Dårligt vedligehold, dårligt/gammelt design AAV, KE VCS<br />
Manglende forståelse for processer og hygiejne<br />
(personale, håndværkere mf)<br />
AAV, KE VCS<br />
Trafik af personale, besøgende, håndværkere mm KE, VCS AAV<br />
(Forkerte) metoder til rengøring<br />
Distribution<br />
AAV, KE VCS<br />
Ikke muligt at ’stoppe vandet’ = spredning af<br />
forureningen<br />
AAV, KE, VCS<br />
Tilslutning af slamsuger til aftapningshane/brandhane AAV, KE VCS<br />
Forurening af ledningsnettet (fx overfladevand ved<br />
utætheder, brud, reparationer)<br />
KE, VCS AAV<br />
Krydskontaminering med kloakvand AAV, KE, VCS<br />
Overlevelse af patogener i ledningsnet (vanskelighed<br />
ved rengøring af nettet efter forurening)<br />
AAV, KE, VCS<br />
Adgang for fremmedlegemer og dyr ved uafproppede<br />
nye ledninger<br />
KE VCS<br />
Manglende forståelse for hygiejne og drikkevandssikkerhed<br />
AAV, KE VCS<br />
Manglende og sen tilbagemelding af fejl og afvigelser<br />
Forbruger<br />
AAV VCS<br />
Vækst af Legionella (og øvrige bakterier) i<br />
varmtvandssystemer<br />
AAV, KE, VCS<br />
Fejlagtig installationer/krydskontaminering med gråt<br />
spildevand/regnvand<br />
AAV, KE, VCS<br />
Tilslutning til højere anlægstryk end hvad kontraventil er<br />
beregnet til (udpumpning af forurening fra forbruger)<br />
KE, VCS<br />
Afgivelse af metaller fra installationer KE VCS AAV<br />
Det nuværende antal af sensorer i dansk vandforsyning er relativt begrænset. En opgørelse fra 2009<br />
(Corfitzen & Albrechtsen, 2011) af online-sensorparken i fem af Danmarks største vandforsyninger<br />
dækkende en fjerdedel af den samlede produktion (inklusiv projektgruppens tre vandforsyninger) viste, at<br />
når der anvendes online-sensorer på distributionsnettet er dette stort set udelukkende til måling af tryk,<br />
flow og temperatur i brønde. På vandværker var online-sensorer til turbiditet mest udbredt (15 værker),<br />
mens ilt blev målt online på 4 værker og pH samt ledningsevne på 2 værker. Disse sensorer var i de fleste<br />
tilfælde placeret ved afgang vandværk. I den mellemliggende periode er antallet af sensorer øget fordelt<br />
på flere vandværker, men der er forsat et relativt lille antal sensorer i dansk vandforsyning, og de er på<br />
vandværkerne oftest placeret på afgangen fra vandværket.<br />
En ting er at have sensorer installeret, en anden ting er bruge resultaterne. Både erfaringsopsamlingen i<br />
dette projekt og erfaringer fra Corfitzen & Albrechtsen (2011) viser et stort behov for værktøjer til at<br />
behandle og tolke de meget store datamængder fra online-sensorer og koble proxyparametre til<br />
kvalitetsparametre. Før vandforsyningerne har mulighed for aktivt at forstå og relatere informationen fra<br />
online sensorer til deres processer og distribution, vindes der ikke meget ved blot at foreslå flere sensorer<br />
opsat.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 45
En udfordring i dansk vandforsyning er desuden at identificere, hvilke parametre og sensorer, der kan<br />
bruges til overvågning af hvilke processer. Ved brug af fx overfladevand til drikkevandsproduktion vil<br />
proceskontrol kunne udføres ved overvågning af følgeparametre som fx farvetal, mikroalger, partikeltal,<br />
pH efter kemikaliedosering og desinfektionsresidual. Da der i Danmark anvendes grundvand og ikke<br />
desinficeres, er antallet af følgeparametre til proceskontrol stærkt begrænset.<br />
Alle tre vandforsyninger i projektgruppen tager i dag et langt større antal stikprøver end de lovpligtigt<br />
forskrevet. I denne sammenhæng skal prisen for et større antal prøver vægtes imod hvor meget ekstra<br />
information og sikkerhed, der opnås. Kriterierne for at fastlægge frekvens, antal og fordeling af stikprøver<br />
over distributionen for at opnå størst mulige forbrugersikkerhed og mulighed for styring udgør<br />
kerneelement i en moniteringsstrategi. I denne sammenhæng må også kriterier for det optimale prøvested<br />
fastlægges, fx at det skal være tilgængeligt på alle tider og ikke må kunne forurenes af en eventuel<br />
forbruger.<br />
Corfitzen et al. (2009) viste på baggrund af litteraturværdier for patogener i forureningskilder, at en<br />
coliform/100 mL kan repræsentere en sygdomsrisiko. Samtidig har Vang et al. (2011) vist, at<br />
indikatororganismerne kan overleve længe i drikkevandssystemer (uger), langt længere end patogener.<br />
Sammenfald imellem detektionsgrænse og grænseværdi for E. coli og coliforme stiller derfor<br />
vandforsyningerne i et dilemma om, hvordan der skal ageres på en periodisk opdukken af enkelte<br />
coliforme - repræsenterer de enkelte punktforureninger eller en lav kontinuert forurening. Efter en<br />
forureningssag er det ligeledes svært at skelne imellem en gammel forurening, der ikke er skyllet ud, og<br />
en vedvarende kontinuert forurening. Københavns Energi A/S har haft gode erfaringer med at bruge en<br />
døgnprøvetager, der kontinuert opsamler en delstrøm over et døgn til et filter, hvorved der over et døgn<br />
opnås en prøvestørrelse på fx 100 L, hvilket er en 1000 gange forøgelse af coliform / E. coli<br />
detektionsgrænsen. Derved opnås et mere nuanceret billede af fx et coliform-niveau. Brug af<br />
døgnprøvetager er ligeledes relevant i forbindelse med kildesporing, og var et væsentligt bidrag til daglig<br />
vurdering af, hvor kritisk situationen var under forureningssagen i Århus.<br />
Både til at forstå et vandforsyningssystem i normalsituationen, til at udarbejde et udbredelseskort ved<br />
forureninger og til at identificere omlægnings- og udskylningsmuligheder i forbindelse med<br />
forureningssager er der behov for ledningsnetmodeller, der kan belyse vandalder, flowretning, opblanding<br />
og tryk. Optimalt bør data fra online-sensorer kunne indgå som input til ledningsnetmodellerne.<br />
Funktionelle ledningsnetmodeller er yderst vigtigt værktøj i risikostyring, hvor det er afgørende, at<br />
modellerne er kalibrerede og afspejler den reelle virkelighed, fx at ventiler rent faktisk står, som de er<br />
indført i modellen.<br />
Næste skridt<br />
Erfaringsopsamlingen har gjort det klart, at risikostyring ikke opnås ved at fastlægge en universel<br />
moniteringsstrategi, men at man må arbejde med moniteringsstrategier for tre scenarier:<br />
Normalsituationen<br />
Forureningssituationen<br />
Kildesporing<br />
Disse scenarier har individuel fokus, som monitering og styringsværktøjer må tilrettelægges efter.<br />
Referencer<br />
Miljøprojekt 989 (2005) HACCP – et værktøj til risikostyring i vandforsyningen. Miljøstyrelsen<br />
DANVA vejledning nr. 72. Vejledning i sikring af drikkevandskvalitet (Dokumenteret DrikkevandsSikkerhed -<br />
DDS). DANVA<br />
Corfitzen, C.B.; Albrechtsen, H.-J. (2011) On-line kontinuert måling af drikkevandskvalietet. Naturstyrelsen<br />
(www,nst.dk), ISBN nr. 978-87-92708-29-8<br />
Vang, Ó.K.; Corfitzen, C.B.; Albrechtsen, H.-J.; Lindhardt, B. (2011) Overlevelse af indikatorbakterier og<br />
pathogener i ledningsnet. Naturstyrelsen (www.nst.dk) ISBN nr. 978-87-7279-240-8<br />
Corfitzen, C.B.; Vang, Ó. V.; Albrechtsen, H.-J. (2009) Risikovurdering og risikoprofil af forekomst af bakterier i<br />
drikkevand. Naturstyrelsen (www.nst.dk) ISBN nr. 978-87-92548-96-2<br />
46 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Increased SCADA Security at Water Facilities<br />
- The need for improved technical and organizational awareness<br />
Ph.D. Erik Johansson<br />
Royal Institute of Technology (KTH), Dept. of Industrial Information and Control Systems,<br />
Osquldas väg 10, SE-100 44 Stockholm, Sweden, erik.johansson@ics.kth.se .<br />
Abstract. The supply of drinking water is largely dependent on maintaining the functionality of industrial<br />
control systems (also known as SCADA systems). Disturbances in SCADA systems for the production and<br />
distribution of drinking water are therefore indirectly a security risk. Not only to the water plant, but also to<br />
the society since water represents one of the populations’ most important provisions. Consequently, the<br />
Swedish Water and Wastewater Association (SWWA) and the Swedish Civil Contingencies Agency (MSB)<br />
supported a profound survey focused on SCADA security at Swedish drinking water suppliers.<br />
Findings from the survey confirmed that SCADA systems in the drinking water sector to a large extent are<br />
physically interconnected with administrative office networks. In several cases, SCADA systems have<br />
integrations not only to external stakeholders like SCADA system vendors but also to the Internet. This<br />
integration reduces overall security since SCADA systems are inherently vulnerable and not well protected<br />
against the increasing number of electronic threats from its environment.<br />
Since SCADA systems are increasingly exposed to threats they were not designed for, it is important to be<br />
aware of the many technical and organisational vulnerabilities that could impact their security and by<br />
extension their functionality..<br />
The organisations ability to protect its SCADA systems and respond to different types of threats is a key<br />
issue for a reliable production and delivery of drinking water.<br />
However, the survey revealed that many drinking water organisations lack relevant security related<br />
procedures adapted to counter the vulnerabilities in SCADA systems. For instance, in order to perform<br />
appropriate risk and vulnerability analysis of SCADA systems, organisations need relevant security training<br />
and awareness of guidelines and standards. However, a vast majority of the respondents replied that there<br />
is a lack of necessary skills and knowledge about SCADA-security within their organisation.<br />
This paper highlights a number of findings from the survey and provides brief recommendations to mitigate<br />
weaknesses and increase security of SCADA systems in the drinking water sector. Furthermore, by calling<br />
attention to the need for further education and increased know-how regarding security in the drinking water<br />
sector, it will hopefully contribute to general SCADA security awareness.<br />
Keywords. SCADA, security, awareness, education, training.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 47
Introduction<br />
This section considers the general background and issues of SCADA security.<br />
Background<br />
Industrial information and control systems are widely used for control automation to enable services,<br />
quality and efficiency of water supply to the society. These industrial information and control systems are<br />
often denoted as SCADA systems (which is the abbreviation for Supervisory Control And Data<br />
Acquisition). SCADA systems still often use legacy technologies but have gradually, during the last<br />
decades, evolved and now use more modern computer-based systems (Cegrell 1994; Johansson 1996).<br />
Previously, SCADA systems have been relatively isolated. That is, stand-alone systems without<br />
connections to other systems or networks. However, with the advancements in microprocessor<br />
technologies, data could be multiplexed and collected from field stations and transmitted to a central<br />
location for supervisory control. Radio and leased phone lines were incorporated for communication<br />
between a central control room and field stations, resulting in the adoption of unattended monitoring and<br />
control capabilities for pump stations and water pipelines.<br />
Cost tends to be the primary motivational factor in modernizations of water utility plants. As a result,<br />
spending on IT systems and security tends to be relegated to the margins. As these plants began to<br />
automate from analog systems to digital control, they embraced "plug-n-play" systems to quickly<br />
interconnect remote and distributed sites over Internet Protocol (IP) because it was cheap and<br />
interoperable. In so doing, secure architecture wasn't a primary design consideration. In fact, the design of<br />
these SCADA systems did not really consider security at all (Johansson 1996; Johansson 2009; Krutz<br />
2006; Shephard 2002; Stamp 2003).<br />
The increasing use of computer-based components, and the integration with other IT systems has also<br />
affected the organisations staffing requirements. In several places, there are today fewer individuals that<br />
maintain the water supply to society than just a decade ago. One single operator can easily monitor and<br />
remotely control the waterworks pumps, valves and the entire water supply from a central workstation in<br />
a control room. And further development have now made it possible to move this workplace, it is not<br />
necessarily bound to a specific central control room, since applications exist to manage SCADA systems<br />
from mobile devices.<br />
Moreover, the computerization enabled the digitalization of other critical data, such as information<br />
about the location of pipelines and descriptions of systems and their configurations. This simplification of<br />
communicating data increases its availability to users and systems. However, this critical information is<br />
increasingly being sent across other networks, making it possible to reach data far beyond the local water<br />
companies' premises (Johansson 2007; Johansson 2009).<br />
Increased security concern<br />
Since many critical infrastructure services, such as water supply, depend on these SCADA systems,<br />
any vulnerability in them may result in undesirable consequences for citizens and society. In the light of<br />
the security breach that occurred more than ten years ago at Maroochy Water Services in Queensland,<br />
Australia, concern has thus been expressed regarding the security of SCADA systems (NIST 2008).<br />
Despite this concern, recent practical assessments implied that, information security is still weak when<br />
it comes to SCADA systems. One could approximate from these assessments that SCADA security is<br />
lagging roughly ten years behind traditional (office) IT-security. However, those findings might be<br />
anomalies and therefore not relevant to most of the water utilities in Sweden.<br />
In order to attain better understanding of the situation regarding information security at the drinking<br />
water sector in Sweden a more comprehensive survey of the SCADA environments and their security was<br />
initiated. This paper briefly illustrates and discusses the structure and general findings of this national<br />
survey. However, the paper will not go into any details of specific critical findings.<br />
48 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
The SCADA survey<br />
This section gives a short summary of purpose and method behind a survey that focused on SCADA<br />
security at Swedish drinking water suppliers. The Swedish Water and Wastewater Association (SWWA)<br />
together with the Swedish Civil Contingencies Agency (MSB) supported the survey.<br />
Purpose of the survey<br />
The main purpose of the survey was to highlight the current situation of information security related to<br />
the use of industrial information and control systems in production and distribution of drinking water.<br />
Therefore the survey focused on SCADA systems and typical activities relevant for security.<br />
The other more elusive yet important purpose was to increase the overall security awareness by getting<br />
organisations to discuss potential weaknesses while responding to the survey. The survey could introduce<br />
questions that the responding organisation never had been discussed or otherwise wouldn’t have brought<br />
up to attention.<br />
Structure of the survey<br />
The survey was conducted through a questionnaire that was distributed to all Swedish drinking water<br />
producers. The foundation for the questionnaire was based on experiences from previous practical<br />
assessments of SCADA security as well as existing national and international guidelines, standards and<br />
regulations (DOE 2003; DOE 2006; Fink 2006; ISO/IEC 2005; Johansson 2007; NISCC 2005;NIST<br />
2007; NFA 2003; NFA 2007; SEMA 2008; Stamp 2003). The work was also inspired by a similar study<br />
conducted in Holland on behalf of the Dutch National Cybercrime Infrastructure (NICC 2008).<br />
A large number of relevant issues emerged. Thus, the questionnaire became extensive and eventually<br />
included roughly 60 questions. The survey itself was structured into the following eight sections:<br />
1) Instructions to respondents – to inform about confidentiality.<br />
2) Reference model and terminology – to get common terminology.<br />
3) Background information – to get information about the respondent and their organization.<br />
4) Technical aspects of SCADA security.<br />
5) Organisational aspects of SCADA security.<br />
6) Threat and risk aspects of SCADA security.<br />
7) Other aspects – to get information about their dependence on external actors.<br />
8) Contact information – to be able to get further comments from respondents.<br />
In the introduction respondents were informed about the purpose and that the survey would be handled in<br />
a strictly confidential manner.<br />
Reference model of SCADA<br />
In order to explain the terminology used in the survey respondents were provided with a simple<br />
reference model, see figure 1 below. In the reference model four main areas were specified: the Operation<br />
centre’s computer network, the Process linked computer networks, the Administrative office computer<br />
network, and External computer network.<br />
Figure 1. The reference model to explain the overall environment of typical SCADA-systems.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 49
Note that in the survey (as well as in this paper), the expression SCADA is used as an overall term for<br />
all types of process control systems. Thus SCADA is mentioned in both operation centre’s computer<br />
network (the green cloud) and the production and distribution environment (the blue cloud). Other areas<br />
that often interact with SCADA systems are computer systems in the administrative office network (the<br />
yellow cloud), and computer systems from sub-contractors' services that are on the external network<br />
outside the organizations control (the red cloud), see figure 1 above.<br />
The survey, structured as a questionnaire, was sent out via letters to drinking water plants in Sweden.<br />
Together with the questionnaire a personal letter was included, describing the purpose and importance of<br />
the survey. One motivating factor for the respondents to invest time in this voluntary survey was that they<br />
in the long run could benefit from better support and guidance from SWWA.<br />
General findings<br />
Some general findings from the survey are briefly listed in this chapter.<br />
The response rate<br />
Six months after the survey was sent out 87 fulfilled answers had been received. Based on the background<br />
information given by respondents about their production, we could determine that the answers all together<br />
represented a production of more than 2 million cubic meters water per day. In relation to the total<br />
drinking water production in Sweden, this volume corresponds to a fairly high response rate, over 73 %.<br />
Aging organisations<br />
The survey had a couple of questions regarding the respondents’ background, experience and the size<br />
of their facility. These questions underlined the age profile of the respondents, see figure 2 below.<br />
Figure 2. The age profile of the respondents.<br />
The age profile indicates that there are competent and experienced staff on the water plants. However,<br />
large number of retirements in the future could reverse this age profile and cause problems unless plans<br />
are made to transfer knowledge from the employees who retire to their replacements (Johansson 2011).<br />
Absent isolation of SCADA systems<br />
A majority of SCADA systems in the drinking water sector was not isolated from other computerbased<br />
environments. Instead, they were increasingly being connected to administrative office networks<br />
and sometimes directly to the Internet.<br />
Dependence on external parties<br />
Findings indicate that knowledge in the security field is lacking. Only one out of four respondents<br />
believed that they had the necessary security skills within their organisation. This might explain the high<br />
degree of dependence on external parties (such as the vendors and system integrators). Only 12 % stated<br />
they were independent of other external parties to manage their SCADA environment. According to the<br />
survey a majority of respondents need increased support from the SWWA on how to manage information<br />
security for their SCADA-systems.<br />
50 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Absent security policies and procedures<br />
The callow integration of SCADA systems might be related to the absence of well-established<br />
information policies and procedures regarding security. The survey indicates that SCADA systems are not<br />
really part of the regular risk and vulnerability analysis that is performed in the organisation, se figure 2.<br />
Figure 3. Only one quarter of the respondents include their SCADA-systems in business risk analysis.<br />
Use of default passwords<br />
Approximately 50 % of the respondents did not believe that there were default passwords, which could<br />
provide access to their system or equipment. Despite this, less than half said they had processes to change<br />
default passwords that have been set by the systems and infrastructure providers.<br />
Absent incident management<br />
Despite all vulnerabilities very few drinking water producers responded that they had been exposed to<br />
IT-related incidents. However, one explanation behind this might be that they probably would not even<br />
observe if an IT-related attack took place since they lack systems to monitor and detect intrusions.<br />
Furthermore, they lack business processes to systematically deal with subsequent incidents. Surprisingly<br />
few of the respondents had any management processes that described responsibilities if an IT-related<br />
incident were to occur. Thus, it might not be clear who is going to report to whom nor who is going to do<br />
what.<br />
Figure 4. A majority of the respondents did not have relevant incident management in place.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 51
Mitigations and proposal for further work<br />
In general, results from this survey corresponds to experiences from practical SCADA security<br />
assessments, i.e. the security is relatively weak in the water sector (Johansson 2007; Johansson 2009).<br />
The survey highlights several different weaknesses in areas that are important to security in SCADA<br />
systems.<br />
There are several things needed to mitigate the challenges to SCADA security that have been<br />
identified by this survey, for instance organisations should:<br />
• Increase security know-how and awareness by education and relevant training.<br />
• Identify misconfigurations in the infrastructure by mapping the network and its equipment.<br />
• Identify the critical assets that need to be protected.<br />
• Identify the vulnerabilities and the potential threats.<br />
• Ensure separation between networks by segmentation and topology hiding via firewalls.<br />
• Perform regular assessments and audits that include SCADA and external parties.<br />
• Monitor status of networks and equipment’s to determine visibility and changes.<br />
• Ensure that important equipment is being patched.<br />
• Introduce authentication and specify a strong password management.<br />
• Define clear roles and responsibilities regarding security.<br />
• Define and implement security policy and procedure that are suitable for the organization. For<br />
instance, practical procedures for how the organisation should handle removable media or how and<br />
when contractors may access any internal systems or networks.<br />
• Define and implement procedures for change management.<br />
• Define and implement procedures for incident management.<br />
• Introduce relevant security requirements in the procurement process.<br />
Maybe there is no “silver bullet”, i.e. there is no single straightforward solution that answers all the<br />
challenges mentioned above, but many of the mitigations listed above depend on the security awareness<br />
in the organisation.<br />
Proposals for further work<br />
The author would like to stress the importance to focus on increasing awareness and knowledge about<br />
SCADA security in the water sector and proposing further work in two areas, education and guidelines.<br />
Education and training<br />
To educate and increase the security awareness in the whole water sector is a long-term effort. The<br />
knowledge and awareness needs to be improved at all levels, among top managers as well as the<br />
operators/engineers. Several types of efforts needs to be made, such as practical assessments of SCADA<br />
systems, training and exercises on SCADA security, seminars/workshop arranged to discuss and share<br />
experiences of SCADA security, educational articles printed in industry publications or emails sent out<br />
with information regarding the actual threats and newly found weaknesses.<br />
Profound foundations for knowledge enhancement regarding SCADA security have been laid at FOI<br />
together with MSB. They have developed a two-day course on the security issues of SCADA and a<br />
mobile demonstration platform to enable on site customer training (FOI 2012).<br />
Checklists and guidelines<br />
Based on data from the survey SWWA have recently started work to develop a brief checklist that<br />
could assist organisations to identify weaknesses that could increase SCADA security in the drinking<br />
water sector. Besides additional checklists it is important to also develop practical guidelines that cover<br />
different aspects of security. For example, risk and vulnerability analysis, management of requirements<br />
during procurement, contract, monitoring and so forth. These checklists should correspond to current<br />
regulations, guidelines and standards in the field; see (ISO/IEC 2005; NFA 2008; SEMA 2008; SWWA<br />
2009; SWWA 2012). Existing advice and guidance needs to be regularly revised and adapted to technical<br />
and organisational needs.<br />
52 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Summary<br />
This paper has given a brief summary of the survey on SCADA security performed in the Swedish<br />
drinking water sector. A survey that confirmed the warnings from earlier assessments regarding the weak<br />
security in SCADA systems in the drinking water sector. Besides the technical weaknesses of SCADA<br />
systems themselves the survey also reveal a general lack of security awareness in these organisations.<br />
It is important to remember the complication of SCADA systems that arises when one consider its<br />
environments. Three environmental factors impact security. Firstly, SCADA represent computer-based<br />
systems that if compromised can impact the physical water production/distribution and its equipment,<br />
which typically have safety concerns as well. Secondly, SCADA systems are highly vulnerable by nature,<br />
because by design they are command-and-control systems whose only purpose is to allow users to<br />
monitor and manipulate an automated process. In fact, current SCADA systems were never intended to be<br />
connected to the Internet, so they lack many of the security controls and features we see in modern office<br />
IT-systems. Thirdly, SCADA systems need to have high reliability, which is not always considered in<br />
traditional IT-security solutions. Despite these factors have SCADA systems have been increasingly<br />
integrated with office networks and sometimes even connected to the Internet.<br />
It is important for organisations to realise that there is often nothing that protect SCADA system if a<br />
valid username and password gets in the wrong hands. A SCADA system, like any other system, can only<br />
ever be as secure as those who use it.<br />
A kind of proof-of-concept intrusion was made in November 2011 by someone calling himself Pr0f.<br />
Pr0f posted proof that internet-connected SCADA systems controlling industrial equipment are easily<br />
accessible to unauthorized parties. He uploaded five pictures, what appears to be the human machine<br />
interface, controlling equipment used by South Houston's Water and Sewer (Register 2011), see figure 5.<br />
Figure 5. One of five images posted by 'pr0f' as a proof that internet-connected SCADA systems exist<br />
and are easily accessible to unauthorized parties (source: www.pastebin.com).<br />
However, with improved knowledge and increased security awareness, the water sector would be<br />
much better prepared and less likely to get undesirable IT-related incidents in the future.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 53
References<br />
Cegrell T. et al. (1994). “Industriella Styrsystem” (in Swedish), SIFU förlag, Borås, Sweden.<br />
DOE (2003). Office of Energy Assurance, 21 Steps to Improve Cyber Security of SCADA Networks, U.S.<br />
Department of Energy, USA.<br />
DOE (2006). Office of Energy Assurance, Roadmap to Secure Control Systems in the Energy Sector, U.S.<br />
Department of Energy, USA.<br />
Fink, R. et al. (2006). Lessons Learned From Cyber Security Assessments of SCADA and Energy Management<br />
Systems, U.S Department of Energy, USA.<br />
FOI (2012). “Säkerhet i industriella kontrollsystem (SIK)” (in Swedish), Swedish Defence Research Agency (FOI),<br />
Internet: http://www.foi.se/sik<br />
ISO/IEC (2005), ISO/IEC 27002:2005 Information technology - Security techniques - Code of practice for<br />
information security management, International Organization for Standardization (ISO).<br />
Johansson, E. (1996). Safety-Critical Control Systems - The challenge of migrating from hardware to software,<br />
Licentiate Thesis, School of Electrical Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden.<br />
Johansson E. (2005). Assessment of Enterprise Information Security – How to make it Credible and efficient,<br />
PhD Thesis, School of Electrical Engineering, The Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden.<br />
Johansson, E. et al. (2007). “Aspekter på antagonistiska hot mot SCADA-system i samhällsviktiga verksamheter”,<br />
(in Swedish), Swedish Emergency Management Agency (SEMA), Sweden.<br />
Johansson, E. et al. (2009). Practical Security Assessment of SCADA-systems - Experiences from a drinking water<br />
facility, the American Water Works Association (AWWA) Annual Conference and Exposition, San Diego, USA.<br />
Johansson, E. (2011). Survey on Scada Security in Swedish Drinking Water Supply, Report C 29-120 (in Swedish),<br />
the Swedish Water and Wastewater Association (SWWA), Sweden.<br />
Krutz, R., (2006). Securing SCADA Systems, Wiley Publishing, Indianapolis, Indiana, USA.<br />
NICC (2008). SCADA Security Good Practices for the Drinking Water Sector, Report TNO-DV 2008 C096, TNO<br />
Defense, Security and Safety, The Netherlands.<br />
NISCC (2005). Good Practice Guide on Firewall Deployment for SCADA and Process Control Networks, National<br />
Infrastructure Security Coordination Centre, London, UK.<br />
NIST (2007) Guide to Industrial Control Systems (ICS) Security, Special Publication 800-82, National Institute of<br />
Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, USA.<br />
NIST (2008) Malicious Control System Cyber Security Attack Case Study-Maroochy Water Services, Australia,<br />
National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, USA.<br />
NFA (2003). “Handledning för ökad IT-säkerhet inom dricksvattenområdet” (in Swedish), Report 4-2003, The<br />
National Food Agency (NFA), Sweden.<br />
NFA (2007). “Säkerhetshandbok för dricksvattenproducenter” (in Swedish), The National Food Agency (NFA) and<br />
the Swedish Water and Wastewater Association (SWWA), Sweden.<br />
SEMA (2008). ”Guide to Increased Security in Process Control Systems for Critical Societal Functions”, The<br />
Swedish forum for information sharing concerning information security – SCADA and process control systems<br />
(FIDI-SC), Swedish Emergency Management Agency (SEMA), Sweden.<br />
Shaw, W. T. (2006). Cybersecurity for SCADA systems. PennWell Corp, USA.<br />
Shephard, B. (2002). Information security - Who cares? Proceedings of Fifth International Conference on Power<br />
System Management and Control, London, UK.<br />
Stamp J. et al. (2003), Common Vulnerabilities in Critical Infrastructure Control Systems, Sandia National<br />
Laboratories Report 1772C, USA.<br />
SWWA (2009), “Säkerhet i IT-system” (in Swedish), the Swedish Water and Wastewater Association (SWWA)<br />
Electronically available: <br />
SWWA (2012), Updated “Säkerhetshandbok för dricksvattenproducenter” (in Swedish), The National Food Agency<br />
(NFA) and the Swedish Water and Wastewater Association (SWWA), Sweden.<br />
Register (2011), Second water utility reportedly hit by hack attack, San Francisco, USA. Article electronically<br />
available: <br />
54 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Hantering av skyddsvärd information inom<br />
dricksvattenförsörjningen<br />
Ann-Sofie Wikström*<br />
* <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån, Bergvikskurvan 11C, 973 31 Luleå, ann-sofie.wikstrom@vmbyran.se<br />
Abstract. Drinking water supply is of essential importance for a community. Hence, it is defined as an<br />
important public function. Information handled on daily basis within the water supply management can, if in<br />
wrong hands, harm the water supply and therefore cause considerable damage on the community. The<br />
information may concern operational data, management, location and design of installations, emergency<br />
plans et c. Thus, it is important to consider how to handle the information.<br />
Also, security risks have to be considered if a person or an organisation gather non-classified information<br />
in order to combine it for inappropriate use. Separate, non-sensitive pieces of information may obtain a<br />
completely different importance when combined.<br />
Since the public, according to the Freedom of the Press Regulation, has the right to access public<br />
documents, it is important to make sure that sensitive information is classified in an appropriate way to<br />
avoid jeopardising the security of the water supply systems by giving away information too easily.<br />
The main laws where legal support for protecting information is given are the Principle of Public and<br />
Privacy Act (2009:400, Offentlighets- och sekretesslagen) and the Security Act (1996:627,<br />
Säkerhetsskyddslagen).<br />
The national organisation Swedish Water has issued a guideline on how to handle sensitive information<br />
within the water supply management. The guideline mainly addresses the responsible authorities within<br />
the municipal water supply management.<br />
Abstract. <strong>Vatten</strong>försörjningen är en viktig hörnsten i ett väl fungerande samhälle och definieras därmed<br />
som en samhällsviktig funktion. Inom verksamheten produceras och hanteras dagligen uppgifter som i<br />
orätta händer kan skada dricksvattenförsörjningen och därigenom ge upphov till stor skada i samhället.<br />
Informationen kan omfatta uppgifter om lägen, utformning, drift och funktion av vitala anläggningsdelar<br />
samt sårbarhetsanalyser, skyddsåtgärder och beredskapsplaner. Det är därför viktigt att tänka över hur<br />
dessa uppgifter ska hanteras.<br />
Man måste även beakta den säkerhetsrisk som föreligger när information, som i sin enskilda form inte är<br />
skyddsvärd, samlas in och sammanställs av en aktör med mål att använda den nya informationen för<br />
otillbörliga syften. En sådan informationsinsamling kan innebära att uppgifter som i sin enskilda form inte<br />
är skyddsvärda får ett helt annat värde.<br />
Eftersom allmänheten enligt Tryckfrihetsförordningen har rätt att ta del av offentliga handlingar är det<br />
viktigt att se över skyddsbehovet för uppgifter kopplade till vattenförsörjningen för att säkerställa att känslig<br />
information inte hamnar i orätta händer. Det är främst Offentlighets- och sekretesslagen (OSL) 2009:400<br />
och Säkerhetsskyddslagen 1996:627 som ger lagstöd till skydd för uppgifter.<br />
Som ett stöd hur skyddsvärda uppgifter ska hanteras har <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> tagit fram Råd och riktlinjer för<br />
hantering av skyddsvärda uppgifter inom dricksvattenförsörjningen, i första hand avsedda för huvudmän<br />
inom kommunal vattenförsörjning.<br />
Bakgrund<br />
Under de senaste åren har vid några tillfällen privatpersoner krävt att få tillgång till uppgifter kring<br />
vattenförsörjningen som berörda kommuner och VA-bolag inte ansett lämpligt att lämna ut på grund av<br />
att uppgifterna anses känsliga. Enligt Tryckfrihetsförordningen, som är en av Sveriges grundlagar, har<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 55
vem som helst rätt att ta del av en offentlig handling. Verksamhetsutövaren har inte rätt att efterforska<br />
varför personen vill ha vissa handlingar eller vad han eller hon heter eller ska ha handlingarna till.<br />
För att skyddsvärd information inte ska hamna i orätta händer är det viktigt att se över skyddsbehovet<br />
vid all hantering av uppgifter kopplat till dricksvattenförsörjningen. Det är främst Offentlighets- och<br />
sekretesslagen (OSL) 2009:400 och Säkerhetsskyddslagen 1996:627 som ger lagstöd till skydd för<br />
uppgifter.<br />
Offentlighets- och sekretesslagen innehåller bestämmelser om när en uppgift omfattas av sekretess. Av<br />
säkerhetsskyddslagen framgår hur skyddsvärda uppgifter som blivit sekretessbelagda ska skyddas.<br />
Råd och riktlinjer<br />
<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> har på initiativ av Norrvatten och Sydvatten tagit fram Råd och riktlinjer för<br />
hantering av skyddsvärda uppgifter inom dricksvattenförsörjningen som syftar till att ge konkreta<br />
råd hur skyddsvärda uppgifter ska hanteras och hur sådana uppgifter kan sekretessbeläggas. <strong>Vatten</strong> &<br />
Miljöbyrån har fungerat som projektledare och tillsammans med konsultföretaget Ekelöw ansvarat för<br />
utformningen och författandet. I projektet har även Livsmedelsverket och Myndigheten för<br />
samhällsskydd och beredskap (MSB) medverkat.<br />
Sekretessbedömning<br />
Redan när en handling upprättas ska samtidigt en metodisk sekretessbedömning av handlingens<br />
innehåll genomföras med hänvisning till offentlighets- och sekretesslagen. Det räcker alltså inte att göra<br />
en sekretessbedömning av handlingens innehåll i samband med en begäran om utlämnande av aktuell<br />
handling. Sekretessbedömningen ska göras av den som upprättar handlingen eller har handlingen i sin<br />
vård.<br />
Det första steget är att identifiera vilken typ av information som är skyddsvärd. Därefter görs en<br />
sekretessbedömning av handlingens innehåll. Slutligen upprättas rutiner för hantering av sekretessbelagda<br />
handlingar.<br />
Nedanstående lista ger en fingervisning om vilken typ av information som eventuellt kan vara<br />
skyddsvärd. En sekretessbedömning måste dock göras i varje enskilt fall av innehållet i den handling som<br />
ska sekretessbeläggas. Det är inte tillåtet att generellt stämpla en handling med sekretess utan konkreta<br />
grunder. Bedömningen kan påverkas av anläggningarnas storlek och om det finns speciellt sårbara eller<br />
”viktiga” abonnenter anslutna till den specifika anläggningen.<br />
Uppgifter som eventuellt kan bedömas som skyddsvärda:<br />
• Beskrivning av vitala delar i vattenförsörjningssystem (läge och utformning)<br />
• Uppgifter angående drift av vitala anläggningsdelar<br />
• Vitala anläggningars kapacitet, funktion och roll<br />
• Risk- och sårbarhetsanalyser, säkerhetsanalyser, förmågebedömningar, beredskapsplaner<br />
• Skyddsåtgärder (skalskydd, larm, bevakningsåtgärder)<br />
• Säkerhet kring styr- och övervakningssystem<br />
Om en handling delvis innehåller sekretessbelagda uppgifter täcks dessa över. Resterande del är<br />
offentlig och ska därmed lämnas ut. En övertäckning kan göras genom att man på en kopia av originalet<br />
stryker över de sekretessbelagda uppgifterna med en svart penna.<br />
56 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Lagstöd<br />
I Råd och riktlinjer för hantering av skyddsvärda uppgifter inom dricksvattenförsörjningen listas<br />
exempel på handlingar och uppgifter inom dricksvattenförsörjningen som kan innehålla skyddsvärda<br />
uppgifter och därmed eventuellt kan sekretessbeläggas. Av förteckningen framgår även vilken eller vilka<br />
paragrafer i offentlighets- och sekretesslagen som kan användas som stöd i sekretessbedömningen. Det är<br />
dock inte möjligt att generellt hänvisa till ett visst lagrum i offentlighets- och sekretesslagen, varje uppgift<br />
och handling måste hanteras specifikt utifrån förutsättningarna i den egna verksamheten. Det måste ske en<br />
noggrann analys och övervägande av de skyddsvärda uppgifterna i varje enskilt fall innan uppgifterna kan<br />
sekretessbeläggas.<br />
I de flesta fall gäller offentlighet för uppgiften, vilket innebär att en uppgift kan sekretessbeläggas<br />
endast under förutsättning att ett röjande av uppgiften kan leda till men eller skada som framgår av<br />
bestämmelsen i offentlighets- och sekretesslagen.<br />
Det finns prejudikat där ett överklagande av sekretess prövats i Regeringsrätten (Regeringsrättens dom<br />
4508-1988), som slog fast att uppgifter om dricksvattenförsörjningen i den kommunala beredskapsplanen<br />
inte skulle lämnas ut till en privatperson. Det räckte att skadan var antaglig för att hemlighålla uppgiften.<br />
Det som är avgörande för hur rätten kommer att ställa sig är hur väl man kan motivera den skada man<br />
kan anta uppstår i händelse av att uppgifterna lämnas ut. Därför är det viktigt att det finns ett väl<br />
dokumenterat underlag för de beslut som fattas i samband med att en uppgift sekretessbeläggs. En<br />
riskanalys bör ingå som en del av denna dokumentation.<br />
Tips på vägen<br />
• Gör en bedömning av skyddsbehovet redan vid framtagande av uppgifterna – det är för sent<br />
när någon frågar!<br />
• Tänk på att information som i sin enskilda form inte är skyddsvärd, i samlad form kan få ett helt<br />
annat värde och därmed utgöra en risk.<br />
• Begränsa tillgängligheten, lägg inte slentrianmässigt ut information på intranät och gemensamma<br />
servrar med åtkomst för alla. Risken för en okontrollerad spridning av känsliga uppgifter ökar<br />
med ett ökat antal personer som förfogar över uppgifterna.<br />
• Upprätta rutiner för hantering av känsliga uppgifter, såväl internt som externt<br />
• Ställ krav och teckna sekretessavtal med externa konsulter, entreprenörer och leverantörer<br />
(support) av programvaror<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 57
QMRA to support Water Safety Planning: mitigation and<br />
management of norovirus risks via drinking water<br />
Susan R. Petterson*, Arve Heistad*, Razak Seidu*, Thor Axel Stenström* and Jakob R.<br />
Ottoson **<br />
* School of Mathematical Sciences and Technology, Norwegian University of Life Scinces, Ås, Norway,<br />
c/P.O. Box 1, Parramatta, Australia susan.petterson@umb.no<br />
** Sveriges lantbruksuniversitet och Statens veterinärmedicinska anstalt, Box 7028, 75007 Uppsala,<br />
jakob.ottoson@slu.se<br />
Abstract. A quantitative microbial risk assessment (QMRA) was undertaken for Nedre Rommerike<br />
Vannverk (NRV), using water from the Glomma River, taking into consideration failure events in water<br />
treatment. Before data on virus loads in the river are available norovirus concentrations in the source water<br />
was modelled from historical data on faecal indicators (E. coli and Clostridium perfringens) in the river and<br />
assuming a single faecal source ( raw or treated sewage). Results from this initial assessment indicate that<br />
NRV can supply safe water under expected (normal) conditions but is vulnerable to disinfection<br />
(chlorination) failure. Future data from the VISK project on source water quality and virus treatment<br />
removal will improve the risk models further enabling assessment of future events such as increased river<br />
flow as a consequence of climate change.<br />
Introduction<br />
An objective of the EU-VISK project is to apply the principles of water safety planning to assess, and<br />
provide recommendations for the mitigation and management of the risk of norovirus infection (via<br />
drinking water) in the Nordic region. Quantitative Microbial Risk Assessment (QMRA) has been shown<br />
to be a valuable tool in many aspects of the application of WSPs (Medema et al. 2006) including: system<br />
assessment (evaluation of whether the system is able to supply safe drinking water); monitoring<br />
(identification of critical limits for critical control points) and management (development of effective<br />
management strategies focused on system vulnerabilities). This study presents the first results from one of<br />
two planned project case studies: the Glomma River, Norway.<br />
Method<br />
Nedre Rommerike Vannverk (NRV) draws water from the Glomma River at Sørumsand, Norway which<br />
is then treated by conventional treatment, granular activated carbon and free chlorine disinfection before<br />
distribution to around 140,000 people. Norovirus exposure was calculated by determine virus<br />
concentration at NRV source water offtake and further virus reduction in the treatment plant as described.<br />
Source Water Concentration: The first step in the exposure assessment was to quantify the norovirus<br />
concentration (expressed as viral units per liter (vu.L -1 )) in raw water. The concentration was quantified<br />
by: fistly intial review of faecal indicator concentration in raw water: a gamma distribution was fitted to<br />
the reported E. coli (n=505) and Clostridium perfringens (n=271) concentrations from samples collected<br />
between 1999 and 2012 from the raw water intake to describe the variability in indicator concentration.<br />
Secondly, modelling of norovirus concentration in raw and treated sewage at the two closest sewage<br />
treatment plants (Rånåfoss and Fjellfoten) upstream of the offtake on the Glomma River. The<br />
concentration was predicted using the following formula: C=(N×d×l)/q where C was the concentration<br />
of norovirus in raw sewage (vu.L -1 ); N was the number of people excreting norovirus; d was the density<br />
of norovirus in the faeces of infected individuals (vu.g -1 ); l was the faecal load per person per day (150g);<br />
and q was the average daily flow to the treatment plant. N was assumed to follow a binomial distribution<br />
with probability equal to the point prevalence (for infection), and the number of trials equal to the<br />
population serviced by the treatment. Input values used in the modelling are summarised in Table 1.<br />
Thirdly, the faecal indicator concentration and the norovirus concentration in raw and treated sewage<br />
were used to predict the norovirus concentration at the raw water offtake. When only a single faecal<br />
58 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
source is assumed (either Rånåfoss OR Fjellfoten,; either raw OR treated ) the raw water concentration<br />
can be predicted using the ratio of indicators in raw water:indicators in sewage as a concentration<br />
reduction factor. Using this factor assumes that the environmental dispersion and inactivation norovirus is<br />
the same as the indicator organism. The model was implemented under the assumption of either Rånåfoss<br />
OR Fjellfoten (Raw or treated) as the faecal source, using either E. coli or Clostridium perfringens as the<br />
indicator organism for the ratio.<br />
Table 1 Model input values for predicting norovirus concentration in sewage<br />
Parameter Rånåfoss Fjellfoten<br />
Population (2011) 13195 592<br />
Average daily flow (m 3 .day -1 ) 2812 192<br />
C. perfringens E. coli Norovirus<br />
Point Prevalence a<br />
0.22 0.95 1.53×10 -3<br />
Excretion density (d) vu.g -1<br />
10 6.5<br />
10 8.0<br />
10 7.5<br />
Sewage treatment performance b (Log10) 2 3.5 1<br />
a<br />
Point prevalence for norovirus was the average of calculated values based on weekly reported incidence of<br />
norovirus in Sweden 2010 (SMI online data, 2010), corrected for underreporting (factor = 38); asymptomatic<br />
cases (30%); duration of excretion per case = 14 days. b (Ottoson et al. 2006)<br />
Treatment: The performance of the treatment train was evaluated under expected and sub-optimal<br />
operation conditions. Expected performance conditions: In the absence of local data the expected<br />
removal performance of each of the treatment barriers was evaluated based on reported values in the<br />
literature: Coagulation/Sedimentation/Rapid Sand Filtration: Hjinen and Medema (2007) undertook a<br />
meta-analysis and reviewed seven studies of virus removal by conventional treatment. Reported removal<br />
rates varied between 1.2 and 5.3 with a weighted average of 3.0 Log10 removal. Granular Activated<br />
Carbon: No removal was assumed to be achieved by GAC filtration (Hijnen et al. 2010). Free Chlorine<br />
Disinfection: The method presented by Petterson et al (2010) for quantifying virus reduction by chlorine<br />
disinfection was applied. For regulatory reasons the treatment plant must achieve a 0.05 mg. L -1 free<br />
chlorine residual after 30 minutes residence time. Dosing varies to achieve this target, but is in the range<br />
of 0.1 mg.L -1 . In the absence of local hydraulic data the reactor was assumed to behave as six CSTR s in<br />
series. Sub-optimal performance events: the impact of both coagulation and chemical dosing failures<br />
were evaluated. Coagulation failure: the removal of viruses by conventional treatment is strongly<br />
dependent upon coagulation performance. Failure of either coagulant (PAX or Polymer) was assumed to<br />
lead to no removal of viruses by conventional treatment. Filter breakthrough: Pathogen breakthrough of<br />
filters can occur, particularly at the beginning and the end of the filter cycle. When coagulation is<br />
performing adequately, filter breakthrough was assumed to reduce the virus reduction from 3.0 Log10 to<br />
1.2 Log10 (the lower range of reported removal rates in the literature). Chlorine failure: Failure of chlorine<br />
dosing was assumed to lead to no inactivation by disinfection<br />
Risk modelling: To explore the impact of the above assumptions, the risk model was run for several<br />
assumptions using the following inputs. Exposure volume: LogNormal distribution (Westrell, 2006)<br />
Dose-response model: Exact Beta-Poisson model (••=0.04, ••=0.055) (Teunis et al. 2008) Annual<br />
Infection: Annual infection was calculated from the infection risk (Pinf) and is given by Pann= 1-(1-Pinf) 365<br />
DALY weighting per infection: 7.16 × 10 -4 (Petterson et al. 2010). Scenario Analysis: Source water<br />
concentration estimates for risk simulations were based on assuming sewage was sourced from Rånåfoss<br />
or Fjellfoten, and using E. coli as the indicator (since it provided similar, and conservative results in<br />
comparison to C. perfringens based estimates). The following risk scenarios were modelled: 1.Expected<br />
removal to determine if the system is able to supply safe water, able to meet the health target of 1 ×10 -6<br />
DALY per person per year; 2. Coagulation failure, and determination of the required chlorine dose to<br />
achieve the health target during a coagulation failure event; 3. Filtration failure of one and three parallel<br />
lines.; and 4. Chlorination failure<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 59
Results<br />
Source water quantification: The gamma distributions fitted to the reported E. coli and Clostridium<br />
perfringens concentrations are illustrated in Figure 1a. The mean (upper 95 percentile) of concentration<br />
was 395 (1687) org.L -1 and 60 (237) org..L -1 for E. coli and Clostridium perfringens respectively. The<br />
modelled cumulative distribution of nororvirus concentrations in raw sewage at Rånåfoss and Fjellfoten<br />
wastewater treatment plants is illustrated in Figure 1b. At Rånåfoss there is a high probability of zero<br />
concentration (~55%) which is due to the low prevalence and the small population (592), resulting in a<br />
lower probability of one or more excreters in comparison to the larger treatment plant at Fjellfoten. The<br />
modelled peak concentration at each treatment plant is similar and greater than 10 000 vu.L -1 .<br />
Figure 1 a) (left) Gamma distributions fitted to reported concentrations from samples analysed at the raw<br />
water intake to Nedre Rommerike Vannverk (zero values replaced with half the detection limit) b) (right)<br />
Modelled norovirus concentration in raw sewage at Rånåfoss and Fjellfoten sewage treatment plants<br />
The modelled cumulative distribution of norovirus concentrations at the raw water intake, based on the<br />
faecal indicator concentration and the sewage treatment plants as assumed sources are illustrated in<br />
Figure 2. The predicted concentration was much higher when the faecal source was assumed to be<br />
secondary treated effluent in comparison to raw sewage, since noroviruses were assumed to be poorly<br />
removed during sewage treatment in comparison to E. coli and C. perfringens.<br />
Risk simulations: The results of the risk simulations are reported in Table 2. The overall expected<br />
performance of the treatment train from literature estimates for norovirus was 8.5 Log10 which was<br />
adequate to achieve the 1× 10 -6 DALY; indicating that under expected conditions the systems is able to<br />
supply safe water. Under the assumptions of the model, coagulation failure led to a 3 Log10 increase in<br />
risk which could be reduced to below the health target by doubling the chlorine dosage. Filtration<br />
breakthrough had a relatively minor influence on the risk with chlorine failure being the most significant<br />
modelled failure event.<br />
Table 2 Results of risk simulations DALYs per person per annum<br />
Assumed source of faecal contamination<br />
(based on E. coli results)<br />
Rånåfoss Fjellfoten<br />
Mean 95% Mean 95%<br />
Source water concentration (vu.L -1 ) 62 475 63 440<br />
Expected performance (DALY) 1.4× 10 -8<br />
1.1× 10 -7<br />
1.4×10 -8<br />
1.0×10 -7<br />
Coagulation failure (DALY) 1.4× 10 -5<br />
1.1× 10 -4<br />
1.4×10 -5<br />
9.3×10 -5<br />
Coagulation failure + chlorine dosing<br />
@0.2mg.L -1 (DALY)<br />
3.7× 10 -7<br />
2.8× 10 -6<br />
3.8× 10 -7<br />
2.6× 10 -6<br />
Filtration (1 filter failing) (DALY) 1.2× 10 -7<br />
9.4× 10 -7<br />
1.3×10 -7<br />
8.7×10 -7<br />
Filtration (3 filter failing) (DALY) 3.4× 10 -7<br />
2.6× 10 -6<br />
3.5×10 -7<br />
2.4×10 -6<br />
Chlorination failure* (DALY) 7.2× 10 -4<br />
7.2× 10 -4<br />
7.2× 10 -4<br />
7.2× 10 -4<br />
*Risk of one or more infection per year = 1<br />
60 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Figure 2 Modelled norovirus concentration at the raw water intake to the Nedre Rommerick Waterworks<br />
based on the measured faecal indicators concentration (E. coli, C. perfringens) and assuming a single<br />
faecal source: either Rånåfoss or Fjellfoten sewage treatment plants<br />
Discussion<br />
QMRA provides a useful approach for exploring risk factors within the water safety planning framework.<br />
Different faecal sources and treatment events have been modelled and prioritised. The modelled norovirus<br />
concentrations were strongly dependent upon the assumed source material: firstly whether it was raw or<br />
treated sewage (which led to ~ 2 Log10 difference in the predicted concentration) and secondly, the size of<br />
the population contributing to the treatment plant. This initial study has highlighted where additional data<br />
is needed including enumeration of noroviruses in sewage at each of the treatment plants; and at the raw<br />
water intake for comparison with the modelled values; and treatment performance quantification.<br />
Treatment failures or sub-optimal performance can lead to important fluctuations in risk, the likelihood<br />
and consequences of which need more detailed information on failure frequencies, durations and<br />
consequences. The treatment train at NRV is heavily dependent upon chlorination and more data is<br />
needed on the sensitivity of norovirus to chlorine in Nordic waters including the influence of organic<br />
matter on norovirus inactivation. These important factors have not yet been accounted for and a new<br />
simulation will take place this autumn when more data from VISK work packages 3, virus load in source<br />
water, and 4, virus reduction, are available.<br />
References<br />
Hijnen, W. A. and Medema, G. (2007). Elimination of micro-organisms by water treatment processes,<br />
KWR Watercycle Research Institute.<br />
Hijnen, W. A., Suylen, G. M. H., Bahlman, J. A., Brouwer-Hanzens, A. and Medema, G. J. (2010). GAC<br />
adsorption filters as barriers for viruses, bacteria and protozoan (oo)cysts in water treatment.<br />
Water research 44, 1224-1234.<br />
Medema, G., Loret, J.-C., Stenström, T. A. and Ashbolt, N. (2006). Quantitative Microbial Risk<br />
Assessment in the Water Safety Plan. Final Report on the EU MicroRisk Project. Brussels,<br />
European Commission.<br />
Ottoson, J., Hansen, A., Bjo¨rlenius, B., Norder, H. and Stenstro¨m, T. A. (2006). Removal of viruses,<br />
parasitic protozoa and microbial indicators in conventional and membrane processes in a<br />
wastewater pilot plant. Water Research 40, 1449-1457.<br />
Petterson, S., Grellier, J., Stenström, T., Meriläinen, P., Bucchini, L. and Nieuwenhuijsen, M. (2010).<br />
Development of a software tool for undertaking comparative risk assessment of DBPs and<br />
pathogens in drinking water Final report on risk/benefit analysis for the EU HiWATE Project.<br />
Brussels, European Commission.<br />
Teunis, P. F. M., Moe, C. L., Liu, P., Miller, S. E., Lindesmith, L., Barie, R. S., Pendu, J. L. and Calderon, R. L.<br />
(2008). "Norwalk Virus: How Infectious is It?" Journal of Medical Virology 80, 1468-1476.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 61
Chlorine dioxide as a hygienic barrier<br />
Ingun Tryland*, Aina Charlotte Wenneberg** and Helge Liltved***<br />
Norwegian Institute for Water Research (NIVA), Gaustadalléen 21, 0349 Oslo, *Ingun.Tryland@niva.no<br />
**Aina.Charlotte.Wenneberg@niva.no *** Helge.Liltved@niva.no<br />
Abstract. Drinking water- and sewer pipes are often located in the same ditch. Under special conditions,<br />
including leakages and under-pressure in the drinking water pipes, intrusion of sewage contaminated<br />
water to the drinking water pipes may occur. This may have negative consequences, in particular for<br />
vulnerable consumers. Recently, there has been an increasing interest of using chlorine dioxide for<br />
controlling Legionella growth in e. g. hospitals- or hotels internal drinking water systems. The aim of the<br />
presented paper was to investigate to what extent chlorine dioxide, used under conditions simulating<br />
internal distribution systems operated to control Legionella growth, was able to inactivate faecal indicator<br />
bacteria added to the drinking water. In laboratory experiments, using tap water from the city of Oslo at<br />
temperatures of 5 and 20 °C, sewage was added to the tap water in dilutions from 1:10 to 1:500 for<br />
simulating contamination of drinking water during distribution. Disinfection experiments were performed by<br />
adding 0.1-0.5 mg/l chlorine dioxide for a contact time of 2.5, 5 or 7.5 minutes, for mimicking disinfection in<br />
internal distribution systems. The chlorine dioxide residual and the inactivation of Escherichia coli, total<br />
coliforms, intestinal enterococci and Clostridium perfringens were investigated. In general, the short<br />
contact time and the low chlorine dioxide doses applied were not sufficient to inactivate C. perfringens. E.<br />
coli and coliform numbers were reduced by 1-3 log10 units and intestinal enterococci by 0.8-1.5 log10 units,<br />
depending on the applied dose, contact time, temperature and the concentration of organic matter in the<br />
test water. The chlorine dioxide consumption was low in tap water (< 0.1 mg/l after 5 minutes), but<br />
increased with increasing amount of sewage added to the tap water. A contamination episode will not only<br />
introduce microorganisms, but also organic and inorganic matter that may cause a chlorine dioxide<br />
demand. The barrier efficiency of chlorine dioxide against bacterial pathogens introduced to the internal<br />
distribution system after a contamination episode depends on the applied dose, which has to be higher<br />
than the chlorine dioxide demand of the actual water.<br />
Introduction<br />
Many Norwegian drinking water treatment plants have been upgraded during the last decades. The<br />
drinking water is therefore generally considered safe when it leaves the drinking water treatment plants,<br />
and the potential deterioration of the water quality during distribution has come more in focus. Low or<br />
negative pressure events in drinking water distribution systems have the potential to result in intrusion of<br />
pathogenic microorganisms if an external source of contamination is present (e.g., nearby leaking sewer<br />
main) and there is a pathway for contaminant entry (e.g., leaks in drinking water main). In Norway, sewer<br />
lines are often located in the same ditch as drinking water pipelines. After heavy rain drinking water<br />
pipelines may potentially be surrounded by sewage-contaminated water. Nygard et al. (2007) showed that<br />
breaks and maintenance work in the water distribution systems caused an increased risk of<br />
gastrointestinal illness among water recipients.<br />
Low or negative pressure events in the drinking water distribution system are often brief and thus are<br />
rarely monitored or alarmed (Yang et al., 2011). The duration of increased risk of microbial pathogens in<br />
the drinking water, associated with such episodes, may be short, but may potentially have negative<br />
consequences for the affected recipients, in particular the vulnerable ones (hospitals, health care institutes,<br />
food producers etc.). The chlorine residual in water from Norwegian drinking water treatment plant is<br />
generally too low to act as a barrier against pathogens potentially introduced on the distribution system.<br />
Recently, there has been an increasing interest of treating the water at the main intake of buildings like<br />
hospitals-, nursing homes- or hotels for controlling Legionella growth in the internal water distribution<br />
systems. Chlorine dioxide is considered as a useful method, since it leaves a disinfectant residual which<br />
has an effect in the whole internal water system, not only at the incoming water like UV-treatment. It is<br />
also reported to remove old biofilm and reduce the development of new biofilm better than chlorine (at<br />
62 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
least at pH 8), as well as it does not react with natural organic matter to form trihalomethanes or<br />
haloacetic acids to the same degree as chlorine (Black & Veatch 2010). Chlorine dioxide is widely used<br />
for treating drinking water worldwide, but is not used at Norwegian drinking water treatment plants. It is<br />
allowed for use in Norwegian internal distribution systems at levels ≤ 5 mg/l ClO2, and chlorite (ClO2 - )<br />
formation should be limited to less than 0.7 mg/l during use (Mattilsynet, 2012). A maximum level of<br />
chlorite of 0.7 mg/l may limit the maximum applied dose of ClO2 to about 1 mg/l since in worst case 1<br />
mg/l of ClO2 may be converted to 0.7 mg/l ClO2 - in a one electron shift during oxidation of organic<br />
matter. High levels of ClO2 may also cause unpleasant smell and corrosion which may be significant in<br />
cross-linked polyethylene pipes (Tanner, 2011). In practice, only low levels of ClO2 (0.1-0.4 mg/l) is<br />
therefore used, since these low levels are shown to be effective to prevent the growth of Legionella. For<br />
treatment of the internal distribution system, the ClO2 generator is placed at the main drinking water<br />
intake to the building, and ClO2 is dosed according to the water consumption. Such systems are optimized<br />
for preventing the growth of Legionella, but may also to some extent act as a defense/hygienic barrier<br />
against faecal contamination, e. g. introduced during negative pressure events in the external distribution<br />
system. Required Ct values (concentration of ClO2 multiplied with contact time) for inactivation of<br />
several enteric pathogens are available from the literature (Black & Veatch 2010; Lim et al., 2010), but<br />
must be supplemented with other information, such as the ClO2 demand of the water and contact times in<br />
internal distribution systems. The aim of the presented paper was to investigate to what extent ClO2, used<br />
under laboratory conditions simulating internal distribution systems, was able to inactivate faecal<br />
indicator bacteria in drinking water contaminated with sewage.<br />
Materials and methods<br />
Inlet municipal wastewater was collected at Bekkelaget wastewater treatment plant (Oslo) and filtered<br />
through 60 µm nylon filter to remove large particles. Tap water was collected at the NIVA laboratory,<br />
which receive water from Oset water treatment plant (Oslo) with coagulation, filtration, UV-treatment,<br />
chlorination (low doses) and pH adjustment. The tap water was stored overnight at 4 °C before use to<br />
reduce potential low levels of free chlorine (< 0.05 mg/l) to avoid interference with the ClO2 disinfection<br />
and measurements of residual concentrations. The tap water was then added sewage (in general 1:500, but<br />
in one experiment up to 1:10) for simulating contamination of drinking water during distribution.<br />
A ClO2 stock solution (2 g/l) was produced by a commercial ClO2 generator (Legio Zon type CDLa)<br />
which mixes sodium chlorite and hydrochloric acid.<br />
The sewage-contaminated drinking water was placed in 0.5 l bottles shielded from light (3 bottles for<br />
each experimental variable). ClO2 was added at levels 0.1-0.5 mg/l. The disinfection experiments were<br />
performed under gentle mixing at 5±1 °C or 20±1 °C. The effect of contact times of 2.5 min, 5 min and<br />
7.5 min were investigated. The disinfection process was terminated by addition of sodium thiosulfate to a<br />
concentration of 10 mg/l after the defined contact times. The experimental set-ups aimed to mimic actual<br />
ranges of ClO2 dosages, contact times and temperatures during continuous disinfection of internal cold<br />
water distribution systems.<br />
The numbers of faecal indicator bacteria were determined in the untreated and ClO2-treated water<br />
samples and LOG10-reductions were calculated. E. coli and total coliforms were enumerated using the<br />
commercially available kit Colilert 18® QuantiTray (IDEXX Laboratories). For intestinal enterococci the<br />
Norwegian Standard method NS-EN ISO 7899-1 was used. C. perfringens were quantified after<br />
membrane filtration, using mCP agar, anaerobic incubation at 44 C for 24 h, followed by exposure to<br />
vapours of ammonium hydroxide.<br />
The ClO2 concentration in the stock solution and the decay of ClO2 during the experiments were<br />
measured using the Hach 10101-DPD method for ClO2 (0-5 mg/l) utilizing a glycine reagent and DPD<br />
free chlorine reagent and a spectrophotometer for colorimetric measurements (Hach Company).<br />
The chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC) and pH was measured by standard<br />
methods.<br />
Results and discussion<br />
The sewage-contaminated tap water (1 part sewage and 500 parts tap water) had a pH of 7.8±0.2 and a<br />
COD of 8.3±0.2 mg O2/l (depending on the variations in the COD in the applied sewage).<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 63
Addition of 0.5 mg/l ClO2 and a contact time of 5 minutes were not sufficient to inactivate C.<br />
perfringens, but some inactivation of E. coli, total coliforms and intestinal enterococci was observed even<br />
at the 0.1 mg/l dosage (Figure 1). At dosages typically used in Norwegian internal distribution systems<br />
(0.2-0.3 mg/l ClO2, 5 min contact time, 5 °C), E. coli was reduced by approximately 2 log10 units and<br />
intestinal enterococci by approximately 1 log10 units. The test water (Figure 1) had a COD of 8.1 mg O2/l<br />
and a low chlorine dioxide demand of about 0.1 mg/l after 5 minutes. The low ClO2 demand resulted in<br />
significant ClO2 residuals measured after the 5 min contact time at all dosages, except at the 0.1 mg/l<br />
dosage. When ClO2-disinfection is installed at the main intake to real internal distribution systems with a<br />
dosage 0.3 mg/l, residual doses are seldom measured in the buildings taps during the first months, due to<br />
biofilm and other ClO2-consuming components in the internal distribution system (Bekkelund, 2012).<br />
Residual levels are observed in the tap after some months operation, depending on local conditions, after<br />
the old ClO2-consuming biofilm has been reduced or removed. The effect shown in figure 1 does not take<br />
into account the ClO2-demand of biofilm in the piping system. The results may therefore only be<br />
transferred to “real conditions” of internal distribution system if the biofilm has been eliminated by<br />
previous ClO2-disinfection of the piping system. In addition to biofilm, components in the incoming<br />
water and pipe corrosion scales may affect the ClO2 consumption in drinking water distribution systems<br />
(Zhang et al., 2008).<br />
LOG reducton<br />
0<br />
1<br />
2<br />
3<br />
ClO2 dosage (mg/l)<br />
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5<br />
Figure 1 Inactivation (LOG10 reduction) of faecal indicator bacteria in sewage-contaminated tap water<br />
(COD: 8.1 mg/l) by adding different amounts of ClO2, 5 minutes contact time at 5±1 °C.<br />
The ClO2 demand was generally low in tap water (< 0.1 mg/l after 5 minutes), but increased when higher<br />
fractions of sewage was added to the tap water (Table 1). A contamination episode will not only introduce<br />
microorganisms, but also other organic and inorganic matter that may cause a chlorine dioxide demand.<br />
When 0.3 mg/l ClO2 was added to sewage diluted 1:10 in tap water, no reduction of E. coli and coliforms<br />
were observed due to the high ClO2 demand (Table 1). It is probably unrealistic that such high amount of<br />
sewage will be introduced to drinking water in a negative pressure event, but Table 1 visualize the effect<br />
of organic matter on the ClO2 demand and bacterial inactivation.<br />
Table 1 Organic matter (measured as COD and TOC) in tap water and sewage-contaminated tap water<br />
and its effect on ClO2 demand and bacterial inactivation after addition of 0.3 mg/l ClO2.<br />
Addition of 0.3 mg/l ClO2 for 5 min, 5°C<br />
COD TOC ClO2 demand Log reduction Log reduction Ct-<br />
(mg/l) (mg/l) 5 min (mg/l) E. coli coliforms value<br />
Tap water (no sewage) 7.9 1.7 0.08<br />
Sewage-diluted 1:500 8.2 1.8 0.09 1.8 ±0.1 1.7 ±0.2 1.3<br />
Sewage-diluted 1:100 9.4 2.1 0.14 1.4 ±0.1 1.3 ±0.1 1.2<br />
Sewage-diluted 1:50 11 2.7 0.19 0.9 ±0.1 0.9 ±0.1 1.0<br />
Sewage-diluted 1:10 23 6.0 0.64* 0.1 0
The retention time of water in an internal distribution system will vary widely, e. g. depending of the size<br />
of the building, length of the plumping system, placement of the actual tap and the water consumption. In<br />
a typical nursing home the average retention time is calculated to 5-6 minutes, but may be both higher and<br />
lower (Bekkelund, 2012). As shown in figure 2, the inactivation of E. coli and intestinal enterococci after<br />
addition of 0.3 mg/l was lower when the contact time was reduced.<br />
LOG reduction<br />
Figure 2 Inactivation (LOG10 reduction) of faecal indicator bacteria in sewage-contaminated tap water<br />
(COD: 8,5 mg/l, pH 8.0) at different contact times after addition of 0.3 mg/l ClO2 at 5±1 °C.<br />
The temperature in the internal cold water distribution system will also vary, and this may affect the<br />
bacterial inactivation. The inactivation of E. coli and coliforms increased by about 1 log10 units when the<br />
temperature increased from 5°C to 20 °C (Figure 3).<br />
LOG reduction<br />
2,5<br />
Contact time (min)<br />
5 7,5<br />
0,5<br />
0<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
1<br />
1,5<br />
2<br />
2,5<br />
E. coli Coliforms Int. entero<br />
Figure 3 Inactivation (LOG10 reduction) of faecal indicator bacteria in sewage-contaminated tap water<br />
(COD: 8,5 mg/l, pH 8.0) after addition of 0.3 mg/l ClO2 and 5 minutes contact time at 5 °C and 20 °C.<br />
In general, continuous disinfection of internal distribution systems with ClO2 may partially act as a<br />
hygienic barrier (1-2 log10 units reduction) against incoming bacterial pathogens with similar properties as<br />
E. coli (like Campylobacter and E. coli EHEC), assuming that the ClO2 demand imposed by organic and<br />
inorganic matter in the incoming water, and internal biofilm, is not too high. The ClO2 doses used for<br />
internal distribution systems are too low to inactivate incoming bacterial spores, as well as<br />
Cryptosporidium oocysts and most probably Giardia cysts (Black & Veatch 2010). Some viruses may<br />
however be inactivated to approximately the same extent as E. coli or intestinal enterococci (Black &<br />
Veatch 2010; Lim et al., 2010). UV (and a pre-filter) may be a better choice if the only purpose is to<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 65<br />
E. coli<br />
Int. entero<br />
5 oC<br />
20 oC
inactivate enteric pathogens in the incoming water, but UV will not have a residual effect and inhibit the<br />
biofilm and potential Legionella growth in the internal distribution system.<br />
References<br />
Bekkelund, A. (2012). Norkjemi. Personal communication.<br />
Black & Veatch Corporation (2010). White’s handbook of chlorination and alternative disinfectants, 5 th edition.<br />
Chapter 14: Chlorine dioxide. John Wiley & Sons, Inc.<br />
Lim, M.Y., Kim, J-M. and Ko, G. (2010). Disinfection kinetics of murine norovirus using chlorine and chlorine<br />
dioxide. Water Research 44, 3243-3251.<br />
Mattilsynet (2012). Godkjente kjemiske produkter til behandling av drikkevann.<br />
http://www.mattilsynet.no/mattilsynet/multimedia/archive/00078/Vannbehandlingsprodu_78681a.pdf<br />
Nygard, K., Wahl, E., Krogh, T., Tveit, O.A., Bohleng, E., Tverdal, A. and Aavitsland, P. (2007). Breaks and<br />
maintenance work in the water distribution systems and gastrointestinal illness: a cohort study. International<br />
Journal of Epidemiology 36(4), 873-880.<br />
Tanner, B. (2011). Chlorine dioxide for Legionella spp. disinfection: a danger for cross-linked polyethylene pipes?<br />
Journal of Hospital Infection 78, 242-243.<br />
Yang, J., LeChevallier, M.W., Teunis, P.F.M. and Xu, M.H. (2011). Managing risks from virus intrusion into water<br />
distribution systems due to pressure transients. Journal of Water and Health 9(2), 291-305.<br />
Zang, Z., Stout, J.E., Yu, V.L. and Vidic, R. (2008). Effect of pipe corrosion scales on chlorine dioxide consumption<br />
in drinking water distribution systems. Water Research 42, 129-136.<br />
66 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Samband mellan nederbörd uppströms ett dricksvattenverk och<br />
samtal till sjukvårdsupplysningen gällande mag-tarmsymtom.<br />
Tornevi Andreas*, Forsberg Bertil **<br />
* Miljömedicin, Umeå Universitet, 901 87, Umeå, andreas.tornevi@envmed.umu.se<br />
** Miljömedicin, Umeå Universitet, 901 87, Umeå, bertil.forsberg@envmed.umu.se<br />
Abstract.<br />
Background: Climate change scenarios show that Sweden will be affected by more extreme precipitation. This<br />
indicates that water treatment plants will face greater challenges since more pathogens are expected to enter<br />
surface water supplies. Example of pathogen transmission to raw water due to precipitation is by run-offs and<br />
combined sewer system overflows.<br />
Göta River is one of two freshwater supplies in Gothenburg and is exposed to upstream combined sewer system<br />
overflows and farm runoffs. We have earlier analyzed the relations between upstream precipitation and indicator<br />
bacteria in river raw water, and found the most positive relation 2 days later. The aim of this study is to asses if<br />
variations in acute gastrointestinal illness (AGI) are explained by precipitation in the area, which may indicate that<br />
drinking water quality is not always ensured.<br />
Method: We accessed the daily number of telephone calls (1494 days) to Health Information Service (1177) from<br />
citizens living in Gothenburg area. It was specified if call considered AGI symptoms, or other symptoms (OS). We<br />
selected calls from individuals living in real-estates that use Göta River as fresh water supply. To investigate if<br />
variations in AGI symptoms can be explained by precipitation we fit a model by non-linear distributed lag Poisson<br />
regression, and control for temperature, day of week and holidays, trends and seasonal patterns. We study a 0-18<br />
lag day period after precipitation events. We also fit a similar model with OS as response, to study if contacts to<br />
1177 with AGI symptoms are uniquely related with precipitation. We let Akaike Information Criterion decide final<br />
structures of the models.<br />
Results: There is a significant increase of telephone calls regarding AGI symptoms during days with rain (lag 0)<br />
which relate linearly with amount of rain. Also, there is a significant increase at of calls regarding AGI symptoms<br />
at lags 4-6 that only occur after heavy rain. No significant relations with precipitation and daily number of phone<br />
calls regarding OS where found.<br />
Conclusion: The increase of AGI symptoms 4-6 days after heavy rain may indicate that drinking water quality is<br />
not always ensured and enhanced technical drinking water treatment could be motivated.<br />
1. Introduktion<br />
Klimatförändringsscenarier visar att Sverige kommer att utsättas av mer extrema temperaturer och mer extrem<br />
nederbörd tillsammans med ett varmare och blötare klimat i allmänhet. Enligt den svenska Klimat- och<br />
sårbarhetsutredningens rapport kommer ökad nederbörd, som en följd av klimatförändringen, att ha en direkt<br />
påverkan på dricksvattenkvalitet (SOU 2007:60). Med kraftigare regn kan fler patogener förväntas förekomma i<br />
råvattentäkter till följd av avrinning och avloppsbräddningar. Den pågående klimatförändringen kommer främst<br />
att påverka ytvattenkällor, eftersom ytvatten innehåller fler mikroorganismer och uppvisar större och snabbare<br />
variationer i kvalitet jämfört med grundvatten.<br />
Världshälsoorganisationen (WHO) har identifierat vattenburen smitta som den allvarligaste hälsorisken<br />
förknippad med vattenförsörjning. För de utvecklade länderna anser WHO att risken är störst när det gäller<br />
parasitära protozoer och belyser cryptosporidium som det främsta exemplet på nya hot mot folkhälsan. Sverige<br />
har nyligen haft två stora utbrott av kryptosporidios där över 20 000 personer både i Östersund (2010) och i<br />
Skellefteå (2011) uppskattas blivit smittade, och den huvudsakliga källan till smitta berodde på förorenat<br />
dricksvatten. Förutom studier på utbrottssituationer, har studier också visat dagliga samband mellan ökad<br />
förekomst av mag-tarmsjukdom vid ökad turbiditet i råvatten eller dricksvatten (Morris, Naumova et al. 1996;<br />
Schwartz, Levin et al. 1997; Schwartz, Levin et al. 2000; Egorov, Naumova et al. 2003). Även samband med<br />
nederbörd och besök på akutmottagningar för magsjukdom har rapporterats (Drayna, McLellan et al. 2010).<br />
Jämförelsevis finns det få studier som syftar till att upptäcka samband med dricksvattenkvalitet och akut<br />
magsjukdom när inga kända utbrott har inträffat. Det är troligt att utbrottssituationer endast utgör en bråkdel av<br />
verkliga fall (Reynolds, Mena et al. 2008).<br />
Göta Älv är en av två kommunala ytvattentäkter till Göteborg, och som utsätts för avrinningar från<br />
jordbruksmark och emellanåt avloppsbräddningar (Astrom, Petterson et al. 2007). Vi har tidigare analyserat<br />
relationerna mellan nederbörd uppströms och indikatorbakterier i älven och funnit positiva samband, tydligast 2<br />
dagar efter nederbörd.<br />
Syftet med denna studie är att analysera om variationer i mag-tarmsymtom hos befolkningen i Göteborg kan till<br />
viss del förklaras av mängden nederbörd uppströms Göta älv. Detta kan ge indikationer om<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 67
dricksvattenkvaliteten inte alltid är säkerställd och mer avancerade barriärer i dricksvattenproduktionen kan<br />
motiveras, särskilt med hänsyn till klimatförändringarna.<br />
2. Material och metod<br />
2.1 Dricksvattenproduktion i Göteborg<br />
Göteborg använder två ytvattentäkter för kommunal dricksvattenproduktion: Göta Älv och Delsjöarna. Göteborg<br />
har också två kommunala vattenreningsverk, Alelyckan och Lackarebäck. Alelyckan ligger i den norra delen av<br />
staden och tar i huvudsak sitt råvatten från Göta älv, och distribuerar främst till norra delen av Göteborg.<br />
Lackarebäck förser dricksvatten främst till södra delen av Göteborg och använder sitt råvatten från Delsjöarna.<br />
Distributionsnätet är dock sammankopplat genom hela staden och cirka en tredjedel av distributionsnätet kan<br />
betraktas som en blandzon.<br />
För att behålla hög vattennivå i Delsjöarna pumpas det ständigt vatten från Göta älv genom en tunnel upp till<br />
Delsjöarna. Dessutom tillämpas stängningar av råvattenintaget på Alelyckan när råvattenkvaliteten i älven inte<br />
anses tillräcklig. Då låter man istället råvatten rinna tillbaka från Delsjöarna till Alelyckan, vilket gör att<br />
Delsjöarna får stå för dricksvattenproduktionen för båda vattenreningsverken. Även om distributionsnäten från<br />
de två vattenverken är sammankopplade kan geografiska beräkningarna skilja de hushåll som får dricksvatten<br />
från antingen Alelyckan och Lackarebäck. Vi har definierat Alelyckans leveransområde med de hushåll som<br />
använder dricksvatten från Alelyckan med sannolikhet 0,95.<br />
2.2 Miljödata<br />
Svenska meteorologiska och hydrologiska institutet (SMHI) har försett oss med dygnsnederbörd ca 30 km<br />
uppströms (Alvhem) från råvattenintaget till Alelyckan, samt dygnstemperatur från Göteborg. Valet av denna<br />
nederbördsstation grundar sig på att denna plats har i vår tidigare forskning visat på tydligast samband med<br />
råvattenkvalitet (turbiditet och indikatorbakterier) utanför intaget vid Alelyckan några dagar senare.<br />
Figur 1. Uppmätta nederbördsmängder under perioden 2007-11-29µ2011-12-31 i Alvhem, ca 3mil uppströms<br />
råvattenintaget på Alelyckans dricksvattenverk. Horisontella linjer representerar urval av nederbörds percentiler<br />
under perioden. Nederbörd förekommer 46 % av dygnen.<br />
2.3 Hälsodata<br />
Vi har inhämtat alla telefonsamtal till Sjukvårdsupplysningen (1177) från personer med hemadress i Göteborg.<br />
Data fanns tillgängligt under perioden 2007-11-29 ••2011-12-31. Data innehöll information om tidpunkt och om<br />
symptom var relaterat till akut mag-tarmsjukdom (AGI). Övriga symptom var ospecificerade. Samtal från<br />
individer boende i Alelyckans leveransområde separerades från övriga samt om kontaktorsak gällde AGIsymtom<br />
eller övriga symtom. Data aggregerades sedan till antal telefonsamtal per dygn.<br />
68 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Figur 2. Antal samtal per dygn till 1177 gällande mag-tarmsymtom från personer med hemadress kopplat till<br />
Alelyckans vattenverk under perioden 2007-11-29µ2011-12-31. Totalt 25 659 samtal. En splinefunktion med 5<br />
frihetsgrader/år beskriver trend och säsongsvariationer.<br />
2.4 Statistisk analys<br />
Vi har studerat sambandet mellan dagligt antal telefonsamtal med AGI symtom, från Alelyckans leveransområde<br />
(PCAGI) till 1177, och dygnsnederbörd genom tidserieregression. Vi antar att PCAGI följer en<br />
Poissonfördelning, och för att undersöka om variationer beror på nederbörd anpassade vi en generaliserande<br />
additiv regressionsmodell (GAM). Vi justerade för säsongsvariationer, tidstrend, röda dagar och dagar i<br />
anslutning till röda dagar, veckodag och dygnstemperatur. Tidstrend och säsongsvariationer justerades med hjälp<br />
av en mjuk splinefunktion. För att modelera effekter på PCAGI som eventuell endast inträffar efter kraftigt regn,<br />
tillåter vi ickelinjära samband med mängden nederbörd. För att beakta inkubationstider av eventuell vattenburen<br />
smitta samt distribueringstiden från råvatten till tappkran, analyserade vi en 18 dagars lag-period efter<br />
dygnsnederbörd. För att ta hänsyn till den seriella korrelationen i väderförhållanden anpassade vi en icke-linjär<br />
lag-fördelnings modell (Gasparrini, Armstrong et al. 2010). Vi anpassade också en liknande modell för samtal<br />
gällande övriga symptom (PCOS) . Detta för att undersöka om samband mellan nederbörd och telefonkontakter<br />
gällande AGI-symtom skiljer sig från övriga kontaktorsaker. Vi lät Akikes Informations Kriterium välja<br />
lämpligast sambandsmodell för PCAGI och PCOS. Analyser har genomförts i R (version 11.1).<br />
3. Resultat<br />
Samband mellan nederbörd och antal samtal till 1177 gällande mag-tarmsymptom under perioden 2007-11-29 -<br />
2011-12-31 konstaterades signifikant under första veckan efter regn. De tydligaste sambanden påvisades samma<br />
dag som nederbörd (lag 0) samt omkring 5 dagar efter nederbörd. Sambandet vid lag 0 anpassas till ett i det<br />
närmaste linjärt positivt samband, medan effekten vid lag 4 - 6 förklaras som en icke-linjär relation, med positiva<br />
effekter vid kraftigt regn (> 20 mm/dygn). Figur 2 visar relationen mellan mängden nederbörd, 0-18 dagar<br />
tidigare och relativ effekt på antalet samtal med AGI symtom, samt vid 30 mm regn för att illustrera<br />
konfidensintervall. För samtal till 1177 gällande övriga symtom tillförde inte nederbörd till att<br />
modellanpassningen förbättrades, och inga signifikanta samband kunde fastställas.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 69
Figur 3. Relativa effekter av dygnsnederbörd, 0-18 dagar tidigare, på dagligt antal samtal till 1177 gälland magtarmsymtom.<br />
Vänster bild visar nederbörds mängder 0-45 mm. Höger visar relativ effekt vid 30 mm regn där<br />
skuggat område är konfidensintervall av modellerat samband.<br />
4. Diskussion<br />
Varför antal samtal gällande mag-tarmsymtom till 1177 påverkas av nederbörden samma dag finns i nuläget<br />
ingen hypotes för att det skulle vara dricksvattenrelaterat, men att människors välbefinnande påverkas av vädret<br />
har ofta diskuterats. Dock ser vi ingen signifikant ökning av samtal gällande övriga symtom vid dagar med<br />
nederbörd. Att vi påvisar en ökning 4-6 dagar efter kraftigt regn kan indikera dricksvattensmitta. Vi har tidigare<br />
sett att råvattnet är tydligast påverkat av nederbörd 2 dagar senare, samt kan man generalisera produktionstiden<br />
till 1 dygn. Om då ökningen PCAGI 4-6 dagar efter kraftigt regn beror på dricksvattnet har vi en inkubationstid<br />
på 1-3 dagar, förutsatt en kort tid till agerande för sjukvårdsrådgivning. Bakterier och virus beskrivs vanligtvis<br />
med denna inkubationstid.<br />
Analyser med data från sjukvårdsupplysningen (1177) har sina fördelar med att en relativt hög andel av<br />
befolkningen använder denna tjänst vilket gör att relationssamband blir lättare att identifiera. Dock så har denna<br />
typ av sjukvårdskontakt inga fastställda diagnoser vilket gör att slutsatser är svårare att fastslå. Denna studie<br />
motiverar till fortsatt forskning med hälsodata där diagnoser fastställts, men rapporterar att samband mellan<br />
nederbörd och mag-tarmsymptom förekommer.<br />
Referenser<br />
Regeringen (2007). SOU 2007:60 ••Sverige inför klimatförändringarna hot och möjligheter••.<br />
Bilaga B13 Dricksvattenförsörjning.<br />
Astrom, J., S. Petterson, et al. (2007). "Evaluation of the microbial risk reduction due to selective closure of the raw water<br />
intake before drinking water treatment." J Water Health 5 Suppl 1: 81-97.<br />
Drayna, P., S. L. McLellan, et al. (2010). "Association between rainfall and pediatric emergency department visits for acute<br />
gastrointestinal illness." Environ Health Perspect 118(10): 1439-1443.<br />
Egorov, A. I., E. N. Naumova, et al. (2003). "Daily variations in effluent water turbidity and diarrhoeal illness in a Russian<br />
city." Int J Environ Health Res 13(1): 81-94.<br />
Gasparrini, A., B. Armstrong, et al. (2010). "Distributed lag non-linear models." Statistics in Medicine 29(21): 2224-2234.<br />
Morris, R. D., E. N. Naumova, et al. (1996). "Temporal variation in drinking water turbidity and diagnosed gastroenteritis in<br />
Milwaukee." Am J Public Health 86(2): 237-239.<br />
Reynolds, K. A., K. D. Mena, et al. (2008). Risk of waterborne illness via drinking water in the United States. Reviews of<br />
Environmental Contamination and Toxicology, Vol 192. D. M. Whitacre. 192: 117-158.<br />
Schwartz, J., R. Levin, et al. (2000). "Drinking water turbidity and gastrointestinal illness in the elderly of Philadelphia." J<br />
Epidemiol Community Health 54(1): 45-51.<br />
Schwartz, J., R. Levin, et al. (1997). "Drinking water turbidity and pediatric hospital use for gastrointestinal illness in<br />
Philadelphia." Epidemiology 8(6): 615-620.<br />
70 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Reduced risk for waterborne virus infections for society despite<br />
climate change - VISK<br />
1* Lena B Blom, 1 Joanna Friberg, 2 Kjetil Furuberg, 3 Per-Eric Lindgren, 4 Gregory M<br />
Morrison, 5 Mette Myrmel, 6 Jakob Ottoson, 7 Anna Charlotte Schultz, 8 Lena Solli Sal,<br />
9 Magnus Simonsson<br />
1*<br />
City of Göteborg, Department of sustainable Water and Waste Management, Box 11192 Göteborg<br />
2<br />
Sweden, lena.blom@kretslopp.goteborg.se, joanna.friberg@kretslopp.goteborg.se, Norsk Vann,<br />
kjetil.furuberg@norskvann.no, 3 Länssjukhuset Ryhov, Miljöbiologiska laboratoriet, Laboratoriemedicin, pereric.lindgren@liu.se<br />
4 Water Environment Technology, Department of Civil and Environmental Engineering,<br />
5<br />
Chalmers University of Technology, (greg.morrison@chalmers.se), Norges Vetrinärhöjskole,<br />
mette.myrmel@veths.no, 6 Statens Vetrinärmedicinska Anstalt, jakob.ottoson@slu.se, 7 Danmarks Tekniske<br />
Universitet, Födevareinstituttet, Afdeling for Mikrobiologi og Risikovurdering, acsc@food.dtu.dk, 8 Nedre<br />
Rommerike Vannverk, lena.sal@nrva.no, 9 Livsmedelsverket, SLV, magnus.simonsson@slv.se<br />
Abstract. There is some concern within the Nordic region concerning the presence and dispersion of<br />
waterborne pathogenic viruses in drinking source waters and with the added prospect of climate change.<br />
This concern is addressed in the EU-VISK project with the coordination of a number of ongoing studies<br />
and research projects. Further, VISK promotes knowledge and competence for societal action, which is<br />
relevant for human well-being and the quality of life. VISK will provide a basis for both preventive<br />
(decreased likelihood) and reactive (reduced consequence) actions based on the latest risk assessment<br />
research. The aim is to provide decisions and measures based upon performed risk assessment within the<br />
water cycle, from source to tap.<br />
VISK includes 18 partners, with stakeholders from municipalities, industrial organizations, academia and<br />
authorities, to provide a complete and holistic approach. This is the first inter-regional approach for<br />
pathogens in Scandinavia, which provides another link for the area. The project activities match<br />
competence, interests and geographical spread. The VISK work packages include; project leadership,<br />
epidemiology, mapping, virus reduction, risk communication, communication strategies, as well as<br />
dissemination and communication of results.<br />
VISK has formed a network of competence for sustainable and safe drinking water systems, where<br />
municipalities within the region and beyond can seek advice for contingency and water safety plans. VISK<br />
results will be collated in a communication and action plan, which will be disseminated to politicians, water<br />
industry stakeholders and society. The aim is to enable correct decision-making. An open home page<br />
already exists (www.VISK.nu) to promote the communication of VISK results through handbooks,<br />
newsletters and reports. One example of the results from VISK is an early warning system which has been<br />
identified as important. Further, a survey has proven that trust and confidence in the drinking water and its<br />
providers before a potential incident occurs is important. The modelling of the spread of viruses in a raw<br />
water source will provide support for risk assessment analyses. An indication of whether a pathogenic<br />
virus is viable, or not, has proven a significant challenge for analysis. Another challenge is to achieve<br />
concentration of the samples before analysis.<br />
Introduction<br />
A safe and healthy drinking water is essential for all humans. In structured analyses carried out within the<br />
municipality of Gothenburg, microbiological risk was identified as one of the most important aspects to<br />
achieve the goal of good and healthy drinking water. Predicted climate change will lead to more intense,<br />
and more frequent, rainfall events e.g. in the region of Kattegatt-Skagerack-Öresund and thereby increase<br />
the risk of microbiological influence on raw water sources (Thysell et.al. 2007). With heavier rain the risk<br />
of overflowing sewers increases. The VISK project handles increasing risk with predicted higher<br />
concentrations of pathogens in the raw water and best practises to produce safe drinking water. The aim is<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 71
the provision of safe drinking water in the future and at the same time handling the risks for water borne<br />
virus infections and to enable correct decision making<br />
The use of water safety plans (WSP) can provide information about whether a water supply system is<br />
capable of producing drinking water that meets the health-based targets (Medema and Smeets 2009,<br />
Medena et.al. 2006). The use of quantitative microbiological risk assessment (QMRA) provides an<br />
estimation of the microbiological risk included in the water safety plan (Smeets et.al. 2010, Davison and<br />
Howard 2005). However, the quantitative assessment is limited due to knowledge gaps relating to the<br />
virus load in drinking water sources, the specific strains responsible for outbreaks of waterborne virus<br />
infections as well as the infectivity and virulence of these strains. A better understanding in the removal<br />
and inactivation of viruses in drinking water treatment processes is further needed. Early warning systems<br />
(EWS) are organization routines and information systems allowing us to systematize events in time and<br />
space, and evaluate single events differing from the norm as well as patterns of outbreaks (Guglielmetti et<br />
al. 2006). Finding ways to detect and characterize outbreak signals can support preventive work and early<br />
investigations, which in turn can reduce the size of the outbreak.<br />
Methods<br />
Water borne viruses are dispersed in the water cycle (Figure 1). The raw water may be influenced by<br />
untreated waste water especially during periods of heavy rain (Thysell et.al. 2007). Further, wastewater<br />
treatment plants may receive too much incoming sewage water with lowered treatment efficiency of the<br />
wastewater and sewage plant overflows. When this occurs citizens in the connected area may be exposed<br />
to potential sickness through microbiological virus infections, as viruses are released to the receiving<br />
water for the wastewater treatment plant. This recipient can be raw water for any municipality<br />
downstream e.g. if surface water from a river is used. The conventional drinking water process used today<br />
does not effectively remove viruses and parasites, being originally designed for reducing bacteria. Viruses<br />
and parasites might therefore pass through the drinking water treatment plant and may be distributed to<br />
the consumer. The consumer might get sick if drinking water contains viruses and parasites. There are<br />
also problems with detecting viruses as the analysis is time consuming and are impossible today to<br />
implement on line and to use as steering for the intake of the raw water or the drinking water process.<br />
Therefore today other parameters for controlling the drinking water plant are applied including e.g. other<br />
pathogens and upstream information such as EWS.<br />
Figure 1 The waterborne virus water cycle.<br />
Within the VISK project different experts are gathered from Nordic countries from different disciplines to<br />
work together to learn more and to be able to perform a structured work on waterborne viruses. VISK<br />
includes 18 partners, with stakeholders from municipalities, industrial organizations, academia and<br />
72 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
authorities, to provide a complete and holistic approach. This is the first inter-regional approach for<br />
pathogens in Scandinavia, which provides another link for the area. Within the VISK project the whole<br />
virus cycle is of concern and investigated with risk evaluation in focus. The work is divided into different<br />
work areas including epidemiology, mapping, treatment, risk communication, communication strategy<br />
and communication and results.<br />
In the epidemiology part of the work an investigation of an EWS is performed as well as a survey - the<br />
Ale H2O study of drinking water habits related to stomach sickness. The early warning system includes a<br />
systematisation of the sickness information data and the potential use in the drinking water industry.<br />
The mapping part includes a large scale sampling program in water of viruses in raw water, sewer outlets,<br />
inflow to sewage treatment plants and side flow in 15 sampling sites in the Göta River and a more limited<br />
number in the river Glomma. There is also mapping of selected human virus types and levels as well as<br />
faecal indicators in mussels outside the recipients of the rivers to achieve a baseline for a two-year<br />
monitoring program. Hydrodynamic modelling in the rivers Göta River and Glomma are performed using<br />
the mapping data for validation to investigate the spread of the viruses in the rivers. It is also possible to<br />
use potential scenarios in the modelling part of the work.<br />
In the treatment part of the project the main focus lies on viral removal during ultra filtration and virus<br />
inactivation in disinfection processes (UV light and chlorination) under Scandinavian conditions. The<br />
results will enhance the understanding of the mechanisms of viral removal and inactivation providing the<br />
opportunity for process optimization and reducing risk.<br />
The risk communication focuses on systemising the results of the epidemiology, mapping and the<br />
treatment in a risk model to be used by water treatment plants (WTPs) in their water safety planning.<br />
Relevant figures on the viral load in the source water, taking into account spatial and temporal variability,<br />
enables WTPs to target their treatment. Improved understanding of viral removal and inactivation<br />
mechanisms will help in monitoring and surveillance in order to guarantee that these targets are met.<br />
Tools to better predict when the source water is at its most vulnerable, thereby enabling corrective actions<br />
to be taken, minimizing the risk of outbreaks to occur, is another important outcome of the risk<br />
communication work package. Altogether this will enable correct decision making, giving possibilities<br />
for healthy and safe drinking water.<br />
Communication strategy is used to evaluate the necessity of trust and confidence in drinking water<br />
coupled to waterborne virus outbreak and also more importantly how social trust is built between<br />
outbreaks. This is investigated in an ongoing survey in a municipality in the Ale H2O study. It is known<br />
that confidence in drinking water is high, but that this is quickly eroded during an outbreak. At this point<br />
social trust in those who manage and operate the system becomes important. In the Ale H20 study we are<br />
for the first time investigating social trust between outbreaks and will provide advice to practitioners<br />
based on the results of the study.<br />
Results and discussion<br />
Investigation and evaluation of warning systems for water borne outbreaks of gastroenteritis have been<br />
conducted within the VISK project. Comparisons between different data sources and statistical analysis of<br />
the data showed that calls to the Swedish national medical care hotline, 1177, proved to be a specific and<br />
relevant source of outbreak signals. 1177 offers the possibility of a national system for early detection and<br />
profiling of outbreaks, but further development of IT-systems and information services, as well as<br />
regional and local establishment of common guidelines and routines, and systems for defining and<br />
handling signals of outbreak are needed. A suggestion is to develop a system with integrated functions for<br />
detection and profiling, which gives better support to the investigation.<br />
Preliminary data from the baseline study of levels of norovirus in mussels sampled downstream the<br />
sewage treatment plants of Göta River, shows a tendency towards a seasonal pattern (figure 2).<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 73
Figure 2 Distribution of norovirus (genogroups, GI and GII) and E. coli in mussels during a 13-months<br />
sampling period from the south end of Göta River.<br />
A survey has proven that trust and confidence in the drinking water and its providers before a potential<br />
incident occurs is important. The modelling of the spread of viruses in a raw water source will provide<br />
support for risk assessment analyses. Whether a pathogenic virus is viable, or not, has proven a great<br />
challenge since the analyses does not give this answer. Another challenge is to achieve concentration of<br />
the samples before analysis. Since the viruses are very rare in raw water and extremely difficult to gather<br />
and requires large amounts of samples that needs pre-concentration before analysis.<br />
The main results for the project will be gathered in a network of competence for sustainable and safe<br />
drinking water systems in the Nordic countries. The results will also be collated in a handbook for the<br />
water industry, which will include examples of best practice, as well as guidelines for communication and<br />
action plans.<br />
References<br />
Guglielmetti P., Coulombier D., Thinus G., Van Loock F., Schreck S. (2006). The early warning and response system<br />
for communicable diseases in the EU: an overview from 1999 to 2005. Euro Surveillance. 11(12):215-20.<br />
Medema, G., Loret, J.-C., Stenström, T. A. and Ashbolt, N. (2006). Quantitative Microbial Risk Assessment in the<br />
Water Safety Plan. Final Report on the EU MicroRisk Project. Brussels, European Commission. WHO (2011).<br />
Guidelines for Drinking-water Quality Fourth Edition. World Health Organization, Geneva.<br />
Medema G., Smeets P., (2009) Quantitative risk assessment in the Water Safety Plan: case studies from drinking<br />
water practice, Wat. Sci. Tech. Wat. Supp. 9(2) 127-132.<br />
Smeets P. W. M. H., Rietveld, L. C. van Dijk J. C. and. Medema G. J, (2010) Practical applications of quantitative<br />
microbial risk assessment (QMRA) for water safety plans, Wat. Sci. Tech. 61(6), 1561-1568.<br />
Thysell U., Kant H., Moberg S., Bäckman H., Svensson G., Hernebring C., Ljunggren O., (2007)<br />
Klimatförändringarnas inverkan på allmänna avloppssystem- Underlagsrapport till Klimat- och<br />
sårbarhetsutredningen, <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> rapport, M134, ISSN nr: 1651-6893.<br />
74 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Experience from workshops on Good disinfection practice<br />
(GDP) and microbial risk assessment (MRA)<br />
Gerald Heinicke 1 , Josefin Abrahamsson 2 , Peder Häggström 3 , Britt-Marie Pott 4 , Helena<br />
Almqvist 5 , Elisabet Athley 6 , Gullvy Hedenberg 7<br />
1 DHI, ghe@dhigroup.com, 2 Göteborg <strong>Vatten</strong>, josefin.lundberg.abrahamsson@vatten.goteborg.se,<br />
3 Stockholm <strong>Vatten</strong>, peder.haggstrom@stockholmvatten.se, 4 Sydvatten, britt-marie.pott@sydvatten.se,<br />
5 Sweco Environment, helena.almqvist@sweco.se, 6 Göteborg <strong>Vatten</strong>,<br />
elisabet.athley@vatten.goteborg.se, 7 <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>, gullvy.hedenberg@svensktvatten.se<br />
Abstract. In the autumn of 2011, workshops were held in four Swedish cities on the application of two<br />
methods for assessment of the microbial barriers necessary in water works: Good Disinfection Practice<br />
(GDP) and the Microbial Risk Assessment (MRA) tool. This paper describes recent developments and<br />
summarizes the experience from the workshops.<br />
GDP was developed in Norway as a method to identify the need for additional disinfection barriers,<br />
based on water analysis (indicator organisms and cryptosporidium, if available), and the existing<br />
treatment. Its application is outlined in a guidance document (Ødegaard et al., 2009).<br />
The MRA modelling tool was developed for <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> and adepts Quantitative Microbial Risk<br />
Assessment for application on Swedish surface water works (Abrahamsson et al., 2009). Several<br />
modules of the MRA were updated during 2011, especially conventional treatment and chlorination.<br />
Workshops were held in Uddevalla, Gävle, Eskilstuna and Växjö, first on GDP and some weeks later on<br />
MRA. In total, about 80 participants from about 35 municipalities joined the workshops, which included<br />
an introduction of the method, followed by hands-on work with participantÑs own water works.<br />
GDP was the more easily accessible method, as it only requires information that is commonly available<br />
at water supplies. It is a relatively rigid guidance method with built-in safety margins that relatively easily<br />
leads to recommendation regarding the disinfection method and dose (inactivation barrier).<br />
The MRA tool is more suited for specific investigations, and demands more initiative by the user. The<br />
tool allows for a close adaptation to the water supply modelled, also for filtration processes that remove<br />
microorganisms rather than inactivate. In addition to the assessment of the treatment barriers under<br />
normal (baseline) conditions, the method is especially suitable to assess the risk related to incidents,<br />
such as events with heavy pollution of the raw water, or failure of a process.<br />
To optimize the benefit of the tools it is recommended to start with a survey of fecal pollution sources in<br />
the raw water source. The second step is to generate a recommendation on the necessary barrier effect<br />
by using the GDP tool. Finally, a scenario analysis of normal behavior of the waterworks (baseline<br />
conditions) and specific risk events may be created with the MRA tool.<br />
It is our experience from the workshops that GDP and MRA work quite well as complementary methods<br />
for quantifying the need for microbial barriers in water supplies. Measures have been identified to further<br />
increase their applicability. These include the preparation of a guidance document to the use of GDP<br />
specific under Swedish conditions and the inclusion of new functionality in the MRA modelling tool. The<br />
chlorination modules of the two methods should be made more compatible.<br />
Introduction<br />
The most important function of drinking water treatment is to produce safe drinking water that does not<br />
cause microbial infections of the consumers. Bacteria, virus and protozoan parasites pathogenic to<br />
humans may be present in surface and ground waters. Protozoan parasites have been identified in many<br />
Swedish surface waters, and two large outbreaks have occurred recently(SMI, 2011).<br />
As a guidance whether the microbial barriers at a water works are sufficient, Swedish water supplies<br />
have three sources of information.<br />
1. Livsmedelsverket••s regulations (SLV, 2011) state that a water supply needs sufficient<br />
microbial barriers. The corresponding guideline document (SLV 2006) details that for ground<br />
waters, generally 1-2 microbial barriers are sufficient while surface waters generally need 2-3<br />
independent barriers. The guidelines also suggest that if several barriers are applied, they<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 75
should apply different mechanisms. A combination of barriers that physically remove particles<br />
(i.e. filters) and inactivating barriers (disinfection processes) is preferred.<br />
The barrier concept in the regulations is necessarily simplified. In reality, the efficacy of barriers is<br />
known to vary between different types of microorganisms. For example, the protozoan parasites<br />
Giardia and Cryptosporidium are largely resistant to chlorination, while some viruses are quite<br />
resistant to UV irradiation.<br />
Recently developed risk-based guidelines and tools include ••God desinfektionspraxis••(GDP) and<br />
Microbial Risk Assessment, which regard the microbial barriers at waterworks quantitatively for<br />
bacteria, virus and protozoa. These methods can be applied to further investigate the height of the<br />
microbial barrier in the waterworks:<br />
2. GDP was developed in Norway as a method to identify the need for additional disinfection<br />
barriers, based on water analysis (indicator organisms and cryptosporidium, if available), and<br />
the existing treatment. Its application is outlined in a guidance document (Ødegaard et al.,<br />
2009). Method development was co-financed by <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>.<br />
3. The MRA modelling tool was developed for <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> (Abrahamsson et al., 2009),<br />
based on research work carried out at Smittskyddsinstitutet and other research institutes. The<br />
tool adepts the scientific method ••Quantitative Microbial Risk Assessment•• (QMRA) for<br />
application on Swedish surface water works. Several modules of the MRA modelling tool<br />
were updated during the autumn of 2011, especially regarding conventional treatment,<br />
membrane filtration and chlorination.<br />
<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>Ñs workshops 2011<br />
Workshops were held in Uddevalla, Gävle, Eskilstuna and Växjö, first on GDP and some weeks later<br />
on MRA. In total, about 80 participants from about 35 municipalities joined the workshops, which<br />
included an introduction of the method, followed by hands-on work with participant••s own water<br />
works. Furthermore, Smittskyddsinstitutet (SMI) informed about their sampling program for<br />
pathogens.<br />
Public information<br />
A public project site on GDP and MRA was established and offers shared documents, news and the<br />
possibility to post questions and messages.<br />
Address: http://mra.team.dk.dhigroup.com<br />
General user name for visitors (read only): TEAM\besoekare.mra<br />
Password: odpmra<br />
A personal user name with the right to contribute is available through contact with the author.<br />
Experience from workshops<br />
Although the level of preparation by the participants and the water supplies investigated were widely<br />
different, it was possible for everybody to do some meaningful work using the methods.<br />
Application of GDP and MRA on the same water supply<br />
The GDP method only requires information that is normally available at water works, and this makes it<br />
easy to start with. For most users, it was not too difficult to end up with a recommendation regarding<br />
method of disinfection and a suitable dose using GDP.<br />
The MRA tool needs more input and initiative by the user and is thus more suited for specific<br />
investigations, for example failure of a process. If good input data is available, the tool may be well<br />
adapted to the specific water works and may take care of both inactivation and filtration processes.<br />
After tuning the model to match the water works under normal conditions, it is suitable for risk<br />
assessment regarding incidents such as polluted raw water or failure of some process component. The<br />
MRA tool is available for free and open for further extensions, improvements and updates of the<br />
default data.<br />
76 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
It was found that the GDP approach with assumptions and calculations regarding the Ct-values 1 in<br />
chemical disinfection work quite well to prepare in-data for the corresponding modules in the MRA<br />
tool. GDP and MRA however use two separate concepts to describe the hydraulics in the contact tank.<br />
In GDP, the effective residence time is used, i.e. when 10% of the dosed concentration has passed the<br />
tank. The MRA modelling tool uses the number of completely stirred tanks (CSTR) concept. While a<br />
translation is not straightforward, Table 1 states an empirical relationship between the two. Especially<br />
in the MRA tool, the log-reduction achievable by chlorination result is extremely dependant on the tank<br />
hydraulics.<br />
Table 1 Chlorination contact tank hydraulics: estimate of the number of completely stirred tanks (CSTR)<br />
in the MRA modelling tool compared to the t10/t values applied in GDP (adapted from Ødegaard et al.,<br />
2009).<br />
Degree of plug<br />
flow<br />
None (ideal<br />
mixing)<br />
t10/t Description from GDP Approx no. of<br />
CSTR<br />
0.1 No screens, completely mixing, high velocity flow at<br />
inlet and outlet.<br />
Poor 0.3 No screens, one or several in- or outlets 3<br />
Intermediate 0.5 Screens at inlets and outlets, some baffles 5<br />
Quite good 0.7 Screens at inlets and outlets, some baffles, much<br />
longer than wide<br />
Very good 0.9 Screens at inlets and outlets, some baffles, extremely<br />
much longer than wide<br />
Plug flow 1.0 Flow as in an ideal pipe ••<br />
The MRA tool in its current form explicitly addresses surface water works. For water supplies based on<br />
ground water or artificial recharge, it was difficult to state realistic pathogen concentrations in the raw<br />
water. In case of artificial recharge, it was assumed that the processes achieved log-reductions of model<br />
pathogens in the higher end of the range reported for slow sand filters. For ground water supplies<br />
normally not affected by surface waters, it was attempted to define possible contamination events, and<br />
do a risk assessment of these.<br />
When the same surface water supply was investigated, both methods normally identified lacks in<br />
barrier height. Water works with raw water affected by wastewater that apply final disinfection by<br />
chlorination typically lack barrier height against protozoan parasites, while works with UV-disinfection<br />
may be close to the limit for viruses.<br />
In both methods, the description of the raw water is problematic. In GDP, even a single measurement<br />
of E.Coli above 10/100 ml during the last three years results in a pre-classification as heavily polluted<br />
(class D). In many cases, a risk-based sampling program of at least 24 samples a year including<br />
Giardia and Cryptosporidium is unrealistic to implement. Then, the source water is assumed to be in<br />
the worst category. In this way, a well-protected lake with faecal indicator organisms absent in most<br />
samples may end up in the same category as a heavily polluted river. In MRA, the user needs to state<br />
the concentrations of eight model pathogens. As such data currently are not available for source waters,<br />
default values are commonly applied. As these values are quite high and somewhat arbitrary, also<br />
MRA can be assumed to generally overestimate the pathogen load in the source water. However,<br />
results from large sampling programs abroad, reported in the literature, have shown instances with high<br />
pathogen loads.<br />
Actions towards improved applicability<br />
After the workshops, the group of people involved identified issues and actions to improve the<br />
applicability of the GDP method and the MRA modelling tool.<br />
1 Concentration integrated over time<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 77<br />
1<br />
18<br />
>170
GDP: The method was found applicable for Swedish water works, but aspects such as the attribution of<br />
barrier height (log-credits) to properties of the water were not in line with the current regulations. It<br />
was decided to prepare a guidelines document for application under Swedish conditions, including<br />
relevant examples. The main issues to be addressed are:<br />
Artificial groundwater recharge is a common practice in Sweden, and currently difficult to<br />
address using the GDP method.<br />
Currently, the upper limit regarding the log-credit given for water treatment and operational<br />
monitoring (3-log bacteria, 3-log virus, 3-log protozoa) may result in an underestimation of<br />
consecutive and independent treatment barriers. As a result, UV-disinfection may be the only<br />
way to satisfy GDP. The guideline should open for granting higher log-credit for other<br />
independent filtration barriers.<br />
Furthermore, it was decided to call the method God desinfektionspraxis (Good disinfection practice,<br />
GDP) instead of the earlier Optimal desinfektionspraxis (Optimal disinfection practice).<br />
MRA: A list was created with issues identified during the workshops, to improve the applicability of<br />
the tool:<br />
Model bugs and data errors in the existing modules (to be fixed). One important uncertainty is<br />
the choice regarding the use of data for chlorine susceptibility of microorganisms. Several data<br />
sets exist in the scientific literature, and the values are quite different.<br />
Suggestions for improved documentation. One misleading issue is the case of Adenovirus,<br />
which with current assumptions regarding raw water concentrations and high UV-resistance<br />
often results in probabilities of infection above acceptable risk thresholds. The microbiologists<br />
in the group did not regard Adenovirus as a relevant human pathogen under Swedish<br />
conditions. A detailed statement is necessary.<br />
Suggestions for new and extended functions (wish list), including chloramination, chlorine<br />
dioxide, and artificial recharge.<br />
To ease the application of both methods in parallel, the chlorination module should be made more<br />
compatible.<br />
Conclusions<br />
GDP and MRA work quite well as complementary methods for quantifying the need for microbial<br />
barriers in water supplies. Experience from parallel GDP and MRA investigations on specific water<br />
supplies show that the two independent methods normally come to the same conclusions, i.e.<br />
concordantly identify water works with insufficient microbial barriers.<br />
GDP is the more easily accessible, as it only requires information that is commonly available at water<br />
supplies, such as concentrations of indicator organisms. It is a relatively rigid guidance method with<br />
built-in safety margins that relatively easily leads to recommendation regarding the disinfection method<br />
and dose (inactivation barrier).<br />
The MRA tool is more suited for specific investigations, and demands more initiative by the user. In<br />
addition to the assessment of the treatment barriers under normal (baseline) conditions, the method is<br />
especially suitable to assess the risk related to incidents, such as events with heavy pollution of the raw<br />
water, or failure of a process.<br />
A suitable work flow would be the following:<br />
1. Survey of fecal pollution sources in the raw water source<br />
2. GDP - general recommendation on necessary barrier effect<br />
3. MRA - Scenario analysis (baseline and specific risks events)<br />
Measures have been identified to further increase their applicability. These include the preparation of a<br />
guidance document to the use of GDP specific under Swedish conditions and the inclusion of new<br />
functionality in the MRA modelling tool.<br />
78 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Acknowledgements:<br />
In addition to the authors of this conference paper, the following people have contributed to the<br />
progress in improving the GDP and MRA tools and applying them in Sweden: Kjetil Furuberg (Norsk<br />
Vann), Susan Petterson (Water & Health Pty Ltd / Norwegian University of Life Sciences), Nick<br />
Ashbolt (USEPA), Olof Bergstedt (Göteborg <strong>Vatten</strong>), Thorbjörn Lindberg (Livsmedelsverket), Anette<br />
Hansen, Caroline Schönning and Thor Axel Stenström (Smittskyddsinstitutet).<br />
Abrahamsson, J.L., Ansker, J. and Heinicke, G. (2009) MRA ••Ett modellverktyg för svenska vattenverk, SVUrapport<br />
2009-05. <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>. www.svensktvatten.se.<br />
Häggström, P., Pott, B.M. Athley, E., Almqvist, H. (2012) <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>s workshops hösten 2011, PM version<br />
2012.01.11. Available from public project site, using visitor login as described in the text.<br />
SLV (2006) Vägledning Dricksvatten. Version 2006.03.01, Livsmedelsverket. www.slv.se.<br />
SLV (2011) Livsmedelsverkets föreskrifter om dricksvatten. SLVFS 2001:30 inkl. ändringar 2011:3,<br />
Livsmedelsverket. www.slv.se.<br />
SMI (2011) Cryptosporidium i Östersund. Artikelnr. 2011-15-4<br />
Ødegaard, H., Østerhus, S. and Melin, E. (2009) Veiledning til bestemmelse av god desinfeksjonspraksis. Rapport<br />
170, Norsk Vann. www.norskvann.no.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 79
NORVID projektet – analys av norovirus i<br />
dricksvattenberedningen<br />
Fredrik Nyström*, Elisabet Athley**, Per Ericsson***, Peder Häggström****, Britt-Marie<br />
Pott*****, Johanna Ansker******, Per-Eric Lindgren*******<br />
* Medicinsk Mikrobiologi, Linköping Universitet, 581 85 Linköping, fredrik.nystrom@lj.se<br />
** Göteborg <strong>Vatten</strong>, 424 23 Angered, elisabet.athley@vatten.goteborg.se<br />
*** Norrvatten, 169 02 Solna, per-ericsson@norrvatten.se<br />
**** Stockholm <strong>Vatten</strong> VA AB, 106 36 Stockholm, peder.haggstrom@stockholmvatten.se<br />
***** Sydvatten AB, 211 19 Malmö, britt-marie.pott@sydvatten.se<br />
****** Stockholm <strong>Vatten</strong> VA AB, 106 36 Stockholm, johanna.ansker@stockholmvatten.se<br />
******* Medicinsk Mikrobiologi, Linköping Universitet, 581 85 Linköping, per-eric.lindgren@liu.se<br />
Abstract. Norovirus is a viral pathogen that cause acute gastrointestinal disease. Common sources of<br />
infection include person-to-person, ingestion of contaminated food or contaminated water. Norovirus is<br />
today believed to be behind several water-borne disease outbreaks for which the etiology could not be<br />
determined. Swedish drinking water treatment plants have been traditionally modeled to remove<br />
contamination of fecal bacteria but recently a greater awareness regarding both viral and protozoal<br />
contamination has increased the demand for additional treatment steps such as UV or ultrafiltration. In<br />
this study we sampled and analysed source water from four large drinking water treatment plants in<br />
Sweden together serving over 2 500 000 consumers with clean drinking water. Samples were taken<br />
every second week and subjected to a three-step adsorption-elution filtration method in order to<br />
concentrate the virus particles in the water sample. The samples were then analysed for norovirus of<br />
genogroup I and genogroup II using a molecular detection method called real-time PCR. If present<br />
norovirus load was quantified using a standard curve of known dilutions. Norovirus of both genogroups<br />
were detected mainly in the winter season. Quantifiable levels of norovirus genogroup II was<br />
significantly greater than those of genogroup I (p
Sjukdomsbilden karaktäriseras av relativt snabbt förlopp som inleds med plötsliga kräkningar och<br />
diarréer. Den har skämtsamt benämnts som ”two-bucket disease” och sprids främst via person-tillperson,<br />
livsmedel eller via förorenat vatten. Viruset är oerhört smittsamt och det har beskrivits att så<br />
lite som 10-100 viruspartiklar skulle vara tillräckligt för att orsaka sjukdom (Atmar et al., 2008; Patel et<br />
al, 2009). Därtill utsöndrar en infekterad individ i storleksordningen 10 12 viruspartiklar per gram<br />
avföring (Atmar et al., 2008). Det innebär att avloppsverkan utsätts för ett högt inflöde av<br />
noroviruspartiklar, speciellt under vintersäsongen. Norovirus har påvisats i både ingående och utgående<br />
avloppsvatten i svenska reningsverk (Nordgren et al, 2009). Exakt vad detta innebär för<br />
dricksvattenverken är ännu inte fullständigt klarlagt.<br />
Konsekvenserna av ett vattenburet utbrott är allvarliga då det innebär att ett stort antal personer är sjuka<br />
vilket medför en stor samhällsbelastning med kostnader av hundratals miljoner kronor som följd<br />
(Lindberg et al, 2011.; Lopman et al., 2004; Vas-Rådet, 2009). Det är inte enbart ekonomiska följder<br />
som följer efter ett utbrott, utan även ett minskat förtroende för dricksvattenproduktion.<br />
Flertalet andra studier har påvisat förekomst av norovirus i råvattentäkter (Maunula et al., 2012; Pérez-<br />
Sautu et al., 2012), men ännu är det svårt att kvantifiera virusmängden och att avgöra om det verkligen<br />
finns en bakgrundsnivå som är av betydelse för dricksvattenberedningen. Svårigheten ligger främst i att<br />
anrika vattenprover så att det går att genomföra molekylärbiologiska analyser och mäta halten av<br />
norovirus då en eventuell bakgrundsnivå förmodligen är väldigt låg med hänsyn till sensitiviteten i<br />
mätningsmetodiken.<br />
Norvid – norovirus i dricksvatten, är ett projekt som initierades av Görvälngruppen med syfte att<br />
utveckla en analysmetodik för norovirus i prover från dricksvattenverk och med dess hjälp genomföra<br />
en långtidsprovtagning i fyra stora dricksvattenverk i Sverige under ett års tid för att detektera samt<br />
kvantifiera mängden norovirus. De inkluderade vattenproducenterna är Stockholm <strong>Vatten</strong> och<br />
Norrvatten som båda tar sitt råvatten från Mälaren. Göteborg <strong>Vatten</strong> med Göta Älv som råvattenkälla<br />
och Sydvatten som under projektets tid använt sig av Ringsjön som råvattentäkt.<br />
Koncentrationen av norovirus i råvattnet kommer att utgöra ingångsvärden för en riskanalys med<br />
MRA-verktyget för att göra det möjligt att dra slutsatser om vad de halter som återfinns innebär på en<br />
samhällsnivå.<br />
Material och metoder<br />
Råvattenprover om 10l togs vid vattenintaget för de inkluderade vattenverken (Figur 1) varannan vecka<br />
i tolv månaders tid med start i september 2010 och sista provtagning i september 2011.<br />
En anrikningsmetod baserad på adsorption-elutions filtreringsteknik (Dalin et al., 2010.; Gilgen et al,<br />
1997) applicerades på samtliga prover (Figur 2). En känd mängd processkontroll av murint (mus)<br />
norovirus tillsattes till varje prov med förutsättningen att det kommer uppföra sig på ett liknande sätt<br />
som humant norovirus i filtreringsmetodiken. Fyra liter av råvattenprovet filtrerades genom ett<br />
glasfiber filter med porstorlek 2 µm för att avlägsna större partiklar från provet. En lösning med<br />
magnesiumklorid tillsattes till filtratet för att åstadkomma en flockuleringsprocess där större aggregat<br />
av norovirus bildas. Provet filtrerades ännu en gång genom ett cellulosa ester filter med en porstorlek<br />
på 0,45 µm. Filtratet kasserades och filtret tvättades med svavelsyra. Med hjälp av en basisk tvättbuffer<br />
backspolades filtret och ett eluat på 15 ml fångades upp som direkt neutraliserades i svavelsyra. Ett<br />
ultrafilter av typen mikrokoncentrator användes för att reducera volymen i provet ytterligare ner till<br />
200 µl vilket är en hanterbar volym för molekylärbiologiska analyser.<br />
Från eluatet extraherades arvsmassa med hjälp av en extraktionsrobot och ett kommersiellt kit anpassat<br />
speciellt för virus. Norovirus arvsmassa är i formen av enkel-strängat RNA och gjordes om till<br />
komplementärt DNA för att stabilt kunna förvara arvsmassa i -20 grader.<br />
Detektion och kvantifiering av arvsmassan från norovirus genomfördes med PCR (polymerase chain<br />
reaction), en molekylärbiologisk metod där den eftersökta biten arvsmassa kopieras upp i tillräckliga<br />
mängder för att det skall gå att erhålla en signal. Signalen från det okända provet kan jämföras med en<br />
spädningsserie på kända koncentrationer och således kan mängden norovirus i råvattenproverna<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 81
eräknas. Mätningar av norovirus av två grupper genomfördes, både genogrupp ett (GI) och genogrupp<br />
två (GII) har gjorts.<br />
Detektion av musnoroviruset som tillsattes initialt genomfördes också för att ge ett mått på hur bra<br />
filtreringsprocessen fungerat. Även en ytterligare kontroll gjordes där mängden inhibition, dvs ämnen<br />
som kan störa vår analys, från humusämnen kunde mätas med en extern kontroll.<br />
Resultat<br />
En analysmetodik för norovirus i råvatten har utvecklats inom projektet och publicerats i en <strong>Svenskt</strong><br />
<strong>Vatten</strong> Utveckling rapport (Dalin et al., 2010). Norovirus påvisades i alla råvattentäkter främst under<br />
vintersäsongen av båda genogrupperna (Tabell 1). Mängden norovirus av genogrupp två var signifikant<br />
högre än genogrupp ett (p
Figur 1. Provtagningspunkter. Råvatten provtogs från följande vatten: Göta Älv, råvattenkällan för<br />
Göteborg <strong>Vatten</strong>. Två platser i Mälaren, råvattenkällan för både Stockholm <strong>Vatten</strong> och Norrvatten samt<br />
Ringsjön, råvattenkällan för Sydvatten.<br />
Figur 2. Filtreringsprocessen. Murint norovirus (MNV-1) tillsattes till varje prov och 4,5 liter pumpades<br />
igenom ett glasfiberfilter med porstorlek 2 µm. Magnesiumklorid tillsattes för att flockulera provet varav 4<br />
liter sedan filtrerades genom ett 0,45 µm cellulosa-ester filter. Genom backspolning av filtret med en<br />
basisk tvättbuffert erhölls ett eluat som neutraliserades med svavelsyra. En mikrokoncentrator<br />
(ultrafilter) användes för att reducera volymen ytterligare från ca 15 ml ner till 200 µl.<br />
Tabell 1. Säsongsvariation av norovirus genogrupp ett (GI) och genogrupp två (GII). Norovirus av både<br />
genogrupp ett och två kunde positivt detekteras och kvantifieras från och med oktober 2010 till och med<br />
mitten av februari 2011, med ett positivt prov med genogrupp ett i augusti 2011. Signifikant högre halt<br />
av genogrupp två detekterades (p
Analysmetoder för norovirus i ytvatten (No. 2010-09). Utveckling av molekylärbiologisk metodik<br />
för detektion och kvantifiering i vatten och slam. <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> - SVU Rapport. Retrieved from<br />
http://www.svensktvatten.se/<strong>Vatten</strong>tjanster/Dricksvatten/Forskning/Rapporter<br />
Gilgen, M., Germann, D., Lüthy, J., & Hübner, P. (1997). Three-step isolation method for sensitive<br />
detection of enterovirus, rotavirus, hepatitis A virus, and small round structured viruses in water<br />
samples. Int. J. Food Micro. 37(2-3), 189–199.<br />
Hallin, E. (in press). Norovirus i vatten. SVU-rapport in press, 2012.<br />
Lindberg, A., Lusua, J., & Nevhage, B. (2011). Cryptosporidium i Östersund vintern 2010/2011 (No.<br />
FOI-R--3376--SE). Konsekvenser och kostnader av ett stort vattenburet sjukdomsutbrott.<br />
Lodder, W. J., & de Roda Husman, A. M. (2005). Presence of noroviruses and other enteric viruses in<br />
sewage and surface waters in The Netherlands. Appl. Env. Micro., 71(3), 1453–1461.<br />
Lopman, B. A., Reacher, M. H., Vipond, I. B., Hill, D., Perry, C., Halladay, T., Brown, D. W.,<br />
Edmunds W. J., & Sarangi J. (2004). Epidemiology and cost of nosocomial gastroenteritis, Avon,<br />
England, 2002-2003. Emerg. Infect. Dis., 10(10), 1827–1834.<br />
Maunula, L., Söderberg, K., Vahtera, H., Vuorilehto, V.-P., Bonsdorff, von, C.-H., Valtari, M., Laakso,<br />
T., & Lahti K. (2012). Presence of human noro- and adenoviruses in river and treated wastewater,<br />
a longitudinal study and method comparison. J. Water. Health, 10(1), 87–99.<br />
Miljödepartementet (2007). Klimat- och sårbarhetsutredningen (SOU 2007:60). Retrieved from<br />
http://www.regeringen.se/sb/d/8704/a/89334<br />
Nordgren, J., Matussek, A., Mattsson, A., Svensson, L., & Lindgren, P.-E. (2009). Prevalence of<br />
norovirus and factors influencing virus concentrations during one year in a full-scale wastewater<br />
treatment plant. Water Res., 43(4), 1117–1125.<br />
Patel, M. M., Hall, A. J., Vinjé, J., & Parashar, U. D. (2009). Noroviruses: a comprehensive review. J.<br />
Clin. Virol., 44(1), 1–8.<br />
Patel, M. M., Widdowson, M.-A., Glass, R. I., Akazawa, K., Vinjé, J., & Parashar, U. D. (2008).<br />
Systematic literature review of role of noroviruses in sporadic gastroenteritis. Emerg. Infect. Dis.<br />
14(8), 1224–1231.<br />
Pérez-Sautu, U., Sano, D., Guix, S., Kasimir, G., Pintó, R. M., & Bosch, A. (2012). Human norovirus<br />
occurrence and diversity in the Llobregat river catchment, Spain. Env. Micro., 14(2), 494–502.<br />
Pond, K., Rueedi, J., & Pedley S. (2004). Pathogens in drinking water sources. Centre for Public and<br />
Environmental Health. Microrisk report November 2004.<br />
Rodríguez, R. A., Thie, L., Gibbons, C. D., & Sobsey, M. D. (2012). Reducing the effects of<br />
environmental inhibition in quantitative real-time PCR detection of adenovirus and norovirus in<br />
recreational seawaters. J. Virol. Met., 181(1), 43–50.<br />
Rutjes, S. A., Lodder, W. J., van Leeuwen, A. D., & de Roda Husman, A. M. (2009). Detection of<br />
infectious rotavirus in naturally contaminated source waters for drinking water production. J.<br />
Appl. Micro., 107(1), 97–105.<br />
Seitz, S. R., Leon, J. S., Schwab, K. J., Lyon, G. M., Dowd, M., McDaniels, M., Abdulhafid, G., et al.<br />
(2011). Norovirus infectivity in humans and persistence in water. Appl. Env. Micro., 77(19),<br />
6884–6888.<br />
VAS-Rådet. (2009). Samhällskostnader vid störningar i dricksvattenförsörjningen (Rapport nr 7).<br />
WHO. (2008). Guidelines for drinking-water quality (Third edition.). Retrieved from<br />
http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/fulltext.pdf<br />
Wyn-Jones, A. P. & Sellwood, J. (2001). Enteric viruses in the aquatic environment. J. Appl. Micro.<br />
91(6), 945-962.<br />
Ødegaard, H., & Fiksdal, L. (2006). Optimal desinfeksjonspraksis for drikkevann. Norvar-rapport.<br />
84 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Adenovirus detection in the river Glomma<br />
Ricardo C. Rosado*, Mette Myrmel**<br />
* Norwegian School of Veterinary Science, Dep of Food Safety and Infection Biology, Postboks 8146 Dep.-<br />
0033 Oslo, Norway Ricardo.Rosado@nvh.no<br />
** Mette.Myrmel@nvh.no<br />
Abstract. Access to safe drinking-water is an international priority, as demonstrated by the efforts put into<br />
the ÈInternational Decade for Action, Water for LifeŠ. The most widespread health risk associated with<br />
drinking water is microbial contamination by pathogenic agents, as bacteria, parasites, and viruses.<br />
Human adenoviruses, belonging to the genus Mastadenovirus within the family Adenoviridae, are<br />
responsible for gastroenteritis in young children, among other diseases, and spread by faecal-oral route.<br />
While their health significance is only moderate, their high resistance to UV and ubiquitous presence in<br />
sewage samples make them an interesting index virus to study (Rodríguez-Lázaro et al., 2011; WHO,<br />
2011). Water from the river Glomma, in Norway, was collected weekly between January and July 2011, at<br />
the inlet to the drinking water plant of the Nedre Romerike Vannverk (NRV). Samples were concentrated<br />
using Nanoceram® membrane filters (Argonide, USA) and reconcentrated by stirring overnight at 4ºC with<br />
Polyethylene glycol (PEG 8000 - 80 g/litre) and NaCl (17,5 g/ litre). All samples were extracted in the<br />
NucliSens®easyMAG, amplified by real-time PCR for the detection of human adenovirus (Jothikumar et<br />
al., 2005), and quantified using a synthetic plasmid of known sequence and molecular weight. Virus<br />
recovery using a sample spiked with adenovirus was calculated to 6%. Sixty-four out of 80 samples (75%)<br />
were positive for adenovirus, with quantifiable samples ranging from 96,5 to 1,22E4 genome equivalents<br />
per litre (GE / L). Only 2 weeks out of 26 had no positive samples, and a seasonal pattern can be<br />
observed throughout the period, which is in accordance to published data. As shown in previous<br />
publications (Rodríguez-Lázaro et al., 2011), the detection of adenovirus is an useful and abundant<br />
indicator of faecal contamination in the Glomma as well. Further work with the samples will correlate these<br />
results with the quantity of infectious particles, as well as the presence of other important pathogenic<br />
viruses. This study is part of the project VISK, ÈVirus i vatten, Skandinavisk kunskapsbankŠ, financed by<br />
the EU program Interreg IV A Öresund-Kattegatt-Skagerack. We would like to thank the NRV and the<br />
Veterinærinstituttet for help in the collection of samples, and the Veterinærinstituttet for assistance in<br />
processing the samples.<br />
References<br />
Jothikumar, N., Cromeans, T. L., Hill, V. R., Lu, X., Sobsey, M. D., & Erdman, D. D. (2005). Quantitative real-time<br />
PCR assays for detection of human adenoviruses and identification of serotypes 40 and 41. Applied and<br />
environmental microbiology, 71(6), 3131-6. doi:10.1128/AEM.71.6.3131-3136.2005<br />
Rodríguez-Lázaro, D., Cook, N., Ruggeri, F. M., Sellwood, J., Nasser, A., Nascimento, M. S. J., D••Agostino, M., et<br />
al. (2011). Virus hazards from food, water and other contaminated environments. FEMS Microbiology Reviews,<br />
n/a-n/a. doi:10.1111/j.1574-6976.2011.00306.x<br />
WHO. (2011). WHO guidelines for drinking-water quality. (World Health Organisation, Ed.) (4th ed., Vol. 38, p.<br />
541). Geneva, Switzerland: World Health Organisation. Retrieved from<br />
http://www.who.int/water_sanitation_health/publications/2011/dwq_guidelines/en/index.html<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 85
Ultrafiltration – an independent microbiological barrier at<br />
Lackarebäck water treatment plant, Göteborg <strong>Vatten</strong><br />
Helena Almqvist*, Henrik Rydberg*, Olof Bergstedt* , **, Inger Kjellberg*<br />
* Göteborg <strong>Vatten</strong>, Box 123, SE-424 23 Angered, Sweden, helena.almqvist@vatten.goteborg.se<br />
** also Department of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology<br />
SE-412 96 Gothenburg, Sweden<br />
Abstract. The most severe risks of the water supply in Gothenburg were identified as the risk for water<br />
borne diseases, and major interruption of the water delivery. To handle these risks several projects were<br />
started at Göteborg <strong>Vatten</strong>, of which one concerned ultrafiltration (UF) at Lackarebäck water treatment<br />
plant. The integrity testing of the membranes down to virus size ~20-25 nanometers is a key challenge.<br />
High numbers of small particles are necessary to be able to measure a 4 log reduction over the<br />
membranes. In opposite to viruses, naturally occurring phages (~50 nm), so called virus-like particles<br />
(VLPs), exist in high densities in the feed water. However, since ultrafiltration is based on size-exclusion it<br />
does not matter if monitored particles are viruses or not. Therefore VLPs are suitable as indicators of<br />
membrane integrity. During normal operation of the UF pilot plant, the membrane has so far been intact,<br />
and the log removal of VLPs has reached 3.8-5.8 and the log removal of cells were in the interval 3.0-3.8.<br />
The two challenge tests performed to verify the barrier criteria resulted in the 4 log removal of coli phages<br />
(φX-174) and 5-6 log removal of E. coli. Chemical precipitation in combination with UF seems to be a<br />
powerful barrier towards waterborne disease. The barrier effects of the existing process barriers<br />
(precipitation and disinfection by chlorination) depend on each other. In cases of suboptimal operation<br />
conditions (e.g. problems in the precipitation process), the barrier effect will be affected in a negative way.<br />
Since UF is a “stand alone” process, based on size exclusion, this makes it an independent microbiological<br />
barrier. Moreover, the ≥ 4 log virus removals on clean membranes (independently of chemical<br />
precipitation) aiming at ensuring the virus removal capability of the membrane itself – is a very important<br />
condition for the UF being considered an independent barrier. A key challenge however, is the integrity<br />
testing methods and the continuous monitoring of the UF membranes, which will be prevailed by the<br />
described VLP tests, by particle counting and/or the AIT.<br />
Introduction and background<br />
Since the late 1980 th there has been an ongoing process in Gothenburg concerning various risks for the<br />
drinking water system – not least regarding quantities, the delivery system, and the water quality. A lot of<br />
work has been put into risk analysis, and action plans were made to meet the identified risks. To a large<br />
extent this was done based on work and research at Chalmers University of Technology – or has been fed<br />
back as input in their ongoing research. Along with this work, future goals for the drinking water system<br />
were established together with the responsible politicians in Gothenburg, which was described at the<br />
annual meeting at The Swedish Water & Wastewater Association (<strong>Vatten</strong>stämman) in Stockholm 16 th<br />
May 2012 (Roos, B., Dahlman Ek, C., Sander, A.).<br />
The most severe risks of the water supply in Gothenburg were identified as the risk for water borne<br />
diseases, and major interruption of the water delivery. To handle these risks several projects were started<br />
at Göteborg <strong>Vatten</strong>, of which one concerned ultrafiltration (UF) at Lackarebäck water treatment plant<br />
(WTP).<br />
Objectives<br />
The objective of this paper was to describe the procedures at Göteborg <strong>Vatten</strong> in order to verify the UF as<br />
a microbiological barrier.<br />
86 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
A brief description of the UF plant<br />
Lackarebäck water treatment plant – before extension with UF<br />
The water treatment process at Lackarebäck WTP is based on surface water from the Göta river (Göta<br />
älv), which is pumped and stored in the Delsjö lakes before it is taken in to the WTP. The raw water is<br />
conventionally treated by precipitation with aluminium sulphate, via sedimentation to GAC filters. The<br />
drinking water quality is finally adjusted by addition of lime, sodium hydroxide, and desinfection by<br />
chlorine gas and chlorine dioxide, see Figure 1.<br />
Raw<br />
water<br />
Al 2 SO 4<br />
Precipitation/<br />
sedimentation<br />
Filtration<br />
GAC-filters<br />
Figure 1 A schematic process schedule of the Lackarebäck WTP<br />
Ultrafilters at Lackarebäck water treatment plant<br />
The main purpose for adding the UF step is to improve the microbiological barrier at the WTP. The UF<br />
treatment step is located after the GAC filters – as the very last treatment step, see Figure 1. At the<br />
procurement of the UF plant, the criteria for assuring the microbial barrier were established to ≥ 4 log<br />
removal of viruses, and ≥ 6 log removal of protozoa (Heinicke et al., 2011). To evaluate the UF<br />
tenders/various technical solutions, three main conditions were formulated, and evaluated:<br />
1. There should be ≥ 4 log virus removals on clean membranes, independently of chemical<br />
precipitation. The purpose of this condition was to ensure the virus removal capability of the<br />
membrane itself – a very important condition for the UF being considered an independent<br />
barrier.<br />
In absence of certifying test methods, we here by referred to a test protocol for a bench-scale test<br />
according to NSFs Environmental Technology Verification Protocol, Chapter 2, section 16,<br />
Microbial removal (February 2005 05/9205/EPADWCTR).<br />
2. The tenders should describe constructive procedures for the verification of that the delivered<br />
membrane modules keep the promised quality.<br />
3. The tenders should describe constructive procedures for continuous integrity testing of the UF<br />
plant during full scale operation.<br />
The procurement of the UF plant at the Lackarebäck WTP is described thoroughly in Heinicke et al<br />
(2011).<br />
UF<br />
Lime, NaOH<br />
Chlorine<br />
Drinking water<br />
adjustment<br />
Drinking<br />
water<br />
The UF pilot plant<br />
The first part of the UF delivery was the UF pilot plant that has been in operation since December 2010.<br />
The UF pilot plant is a small size copy of the full-scale plant, consisting of one single membrane module<br />
of the type XIGA SXL 225 with the capacity 4.1 m 3 /h (100 m 3 /d). The UF pilot plant is useful for various<br />
purposes. So far we have been testing different cleaning and rinsing strategies, the membrane integrity<br />
(using different methods), and we have been observing the UF in operation – e.g. the development of<br />
TMP/permeability vs. production capacity. The feed water for the UF pilot plant is treated water after<br />
GAC filters – the same water quality as designed for the full scale.<br />
The building of the full scale UF plant<br />
The building of the UF step is scheduled from June 2012 till the summer 2016. To have room enough for<br />
the UF step at Lackarebäck WTP, the water works had to be enlarged. After some considerations this was<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 87
decided to be done by adding two new extensions – the North and the South extension. Each extension<br />
will contain half the UF plant as well as four new GAC filters (in total 8 new GAC filters). When<br />
finished, the Lackarebäck WTP will have an increased production capacity of 40 % (186 000 m 3 /d – due<br />
to larger GAC filter area) and a significantly improved microbiological barrier. In Table 1 some “hard<br />
facts” about the UF plant are presented.<br />
Table 1 Hard facts about the UF plant at Lackarebäck WTP<br />
Maximum capacity 186 000 m 3 /d<br />
Contractor Läckeby Water, Purac<br />
Membrane delivery Pentair X-Flow<br />
Filtration mode Dead end filtration<br />
Pore-size 20-25 nm<br />
Head-loss (UF pilot plant) 0.2-0.25 bar<br />
Design flux 102 l/m 2 ,h<br />
Methods for integrity testing and continuous monitoring of UF membranes<br />
Described below is a summary of methods applied by Göteborg <strong>Vatten</strong>, which does not aim to be an<br />
exhaustive overview of ultrafilter integrity testing methods (such as presented in for example EPA<br />
815:2005 Membrane Filtration Guidance Manual).<br />
General considerations<br />
Integrity testing of ultrafilter membranes, down to particle size ~20-25 nanometers, is a key challenge that<br />
should ultimately verify the level of virus removal. Hence, the prerequisite for successful monitoring of<br />
removal is the ability to detect low concentrations of very small particles. Since ultrafiltration is based on<br />
size-exclusion, removal of larger microbial agents could generally be assumed to be at least as effective<br />
compared to removal of smaller particles. Impaired integrity could occur by two main causes:<br />
A. Ultrafilter fiber or connector failures by breakage<br />
B. Ultrafilter fiber failure due to pore size distribution increase<br />
Table 2 Considerations important for determining ultrafilter integrity testing strategy.<br />
A. Fiber or connector breakage B. Pore size increase<br />
Consequence Proportion of feed not treated,<br />
independent of particle size.<br />
Removal efficiency decreased<br />
equally concerning viruses, bacteria,<br />
and parasites.<br />
Proportion of feed not treated,<br />
dependent on particle size.<br />
Removal efficiency decreased<br />
starting with smallest viruses.<br />
Failure time-line Instant process. If correct pore size on module<br />
delivery, increased pore size<br />
distribution is assumed to be a<br />
slow process.<br />
Monitoring strategy Continuous, preferably on-line. Discrete full scale sampling.<br />
Alternatively pilot scale challenge<br />
test.<br />
Methods for integrity testing<br />
Fluorescence microscopy<br />
Pilot plant samples were examined according to the protocol described by Patel et al (2007). Naturally<br />
occurring phages (virus-like particles) and bacteria were pre-concentrated on 0.02-µm aluminium oxide<br />
filters (Anodisc 25, Whatman) and stained by the sensitive DNA dye SYBR Green I (Molecular Probes-<br />
88 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Invitrogen). After mounting on slides, samples were examined by fluorescence microscopy (Zeiss<br />
AxioScope.A1) using appropriate equipment for blue excitation/green emission. With these rapid<br />
procedures valuable parameters for testing membrane integrity were obtained within an hour.<br />
Virus-like particles (VLPs), dominated by harmless naturally occurring bacterial viruses, phages (~50<br />
nm, dsDNA). These phages can be regarded as the biospheres most abundant biological particles and<br />
exist in very high densities in surface waters as well as after conventional treatment. By concentration of<br />
a 50 ml water sample the practical level of detection was estimated to approximately 100 VLPs/ml. The<br />
abundance and small size of VLPs should make them suitable for full scale direct integrity testing. As an<br />
indicator of virus removal this would include control of ≥ 4 log removal as well as rapid detection of<br />
failures such as fiber breakage and pore size increase.<br />
Bacterial total counts, dominated by bacteria of surface water origin and/or GAC filter regrowth (~1<br />
µm). By concentration of a 100 ml water sample the practical level of detection was estimated to<br />
approximately 100 cells/ml. These bacteria generally do not exist in densities high enough to monitor<br />
more than 4 log removal, and could not easily detect pore size increase. However, total bacterial count<br />
was expected to be far more sensitive than for example turbidity, and also a means of simultaneously<br />
monitoring potential permeate regrowth.<br />
As an alternative to sample concentration and microscopy, flow cytometry (Partec Cube8) was applied,<br />
for detection of naturally occurring auto fluorescent algae. The densities of these particles in feed water<br />
were rarely high enough to accomplish effective integrity testing of more than 2 log.<br />
Microbiological standard methods<br />
Integrity monitoring by culturing feed water bacteria and parasites are generally not possible in full scale<br />
due to low densities. However, examination of full scale ultrafilter modules could easily be performed in<br />
pilot scale challenge tests by use of microbiological standard methods.<br />
Somatic coliphages, are bacterial viruses, such as the reference phage φX-174 (26-32 nm), infecting<br />
Escherichia coli. Analyses were performed according to ISO 10705-2:2000 Water quality – Detection and<br />
enumeration of bacteriophages. To achieve a practical level of detection of 1 phage/100 ml the method<br />
was modified by procedures in EPA Method 1602. In pilot scale challenge tests this indicator of virus<br />
removal could easily control ≥ 4 log removal, as well as detection of failures such as fiber breakage and<br />
pore size increase.<br />
Escherichia coli, are bacteria naturally occurring in human faeces (~1 µm). Analyses were performed by<br />
Colilert-18 ® (IDEXX) according to ISO/DIS 9308-2 Water quality – Enumeration of Escherichia coli and<br />
coliform bacteria which yielded a level of detection of 1 E.coli/100 ml. Although E.coli should be<br />
analysed and evaluated with great care in drinking water treatment, it is a valuable alternative indicator<br />
for both bacteria and parasite removal over ultrafiltration. In pilot scale challenge tests this indicator<br />
could easily control ≥ 6 log removal, as well as detection of failures such as fiber breakage, but not pore<br />
size increase.<br />
On-line monitoring<br />
Integrity tests could not effectively be monitored by regular turbidimeters, since feed water turbidity was<br />
10 5 /ml 1 µm biological particles.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 89
• The fact that biological particles, such as ~1 µm bacteria, generally scatters light in a way that<br />
they appear approximately half their actual size and therefore would not be detected by many<br />
particle counters specified to 1 µm.<br />
• Ratio between feed water particle densities (>10 5 /ml) and expected limit of detection (~10/ml),<br />
where detector noise was expected to increase with decreasing particle size.<br />
In future full scale, these particle counts were expected to monitor approximately 4 log on-line integrity<br />
of ultrafilter failure due to breakage.<br />
Air integrity tests, were performed in pilot scale by on-line discrete pressure hold tests according to the<br />
XIGA TM concept (Pentair X-flow). The test is based on the phenomenon that air will not pass through<br />
wetted membrane pores without a certain pressure, which is related to pore size. By examining pressure<br />
decay over the membrane one could ultimately detect one broken fiber per 10,000 in the module.<br />
Challenge tests<br />
Ultrafilter challenge tests were performed in pilot scale by feed water spiking with bacteriophages as a<br />
substitute for viruses, and E. coli as a substitute for bacteria and parasites.<br />
φX-174 (ATCC 13706-B1), was propagated and analysed according to a modified procedure generally<br />
following ISO 10705-2:2000 Annex C. This yielded phage suspensions with titres exceeding 10 9 /ml used<br />
for feed water addition.<br />
E. coli (ATCC 700078, WG5), was cultured according to a procedure generally following ISO 10705-<br />
2:2000. This yielded E. coli suspensions exceeding 10 8 /ml used for feed water addition. Challenge test<br />
samples were analysed by Colilert-18 ® (IDEXX).<br />
The data on removal efficiency of these short term tests could be calculated in a couple of different ways.<br />
In this paper we used peak to peak log removal efficiency (LRV) during challenge test, as defined in EPA<br />
Membrane Filtration Guidance Manual, where<br />
LRV = log10 (feed concentration) – log10 (filtrate concentration)<br />
Preliminary full-scale operational monitoring strategy<br />
A prerequisite for guaranteeing membrane integrity, concerning virus removal, is a verified membrane<br />
pore size distribution on module delivery.<br />
Table 3 Proposed operational integrity testing.<br />
Method Frequency Aim<br />
Particle counter:<br />
0.2 – 2 µm on every UF-skid<br />
Virus-Like particles:<br />
every UF-skid<br />
Virus-Like particles:<br />
each half of WTP<br />
Air Integrity Test:<br />
every UF-skid<br />
Results and discussion<br />
Continuous Detect fast and major failures such as fibre<br />
breaks/leaking connectors:<br />
verifies ~ 4log removal on skid level<br />
Once a week Detect slow pore-size failures:<br />
verifies > 4 log removal on skid level<br />
Weekdays Monitor overall virus barrier:<br />
verifies > 4 log removal on WTP level<br />
Weekends<br />
(every day?)<br />
Automated detection of fibre breaks.<br />
(high frequency could negatively stress fibers)<br />
Since commissioning in December 2010 the UF pilot plant has, more or less, been operating on the design<br />
flux 102 l/m 2 ,h with a mean TMP of 0,26 bar (depends of temperatures), and a permeability variation<br />
between 520 and 610 l/m 2 ·h·TMP(bar)/20ºC), (depends on water quality and cleaning procedure). Once<br />
an hour the membrane is backwashed with permeate during 35 s. Once a day the membranes are washed<br />
90 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
in a chemically enhanced backwash sequence (CEB) – using all, or some of the chemicals: sodium<br />
hydroxide, sodium hypochlorite, and sulphuric acid.<br />
Integrity during normal operation<br />
Our main interest has been the integrity of the membranes, and the ability of fulfilling the barrier criteria.<br />
During normal operation the membrane has so far been intact, and the log removal of VLPs has reached<br />
3.8-5.8 and the log removal of cells were in the interval 3.0-3.8, see Figure 2.<br />
Figure 2 During normal operation of the UF pilot plant, the log removal of VLPs was 3.8-5.8 and the log<br />
removal of cells showed 3.0-3.8.<br />
Challenge tests on the UF pilot plant<br />
The two challenge tests performed to verify the barrier criteria resulted in the 4 log removal of coli<br />
phages (φX-174) (see Figure 3) and 5-6 log removal of E. coli (see Figure 4). The 5-6 log removal of E.<br />
coli bacteria was interpreted as fulfilling the 6 log removal criteria for removal of protozoa, since<br />
protozoa are about 10 times larger than the tested model organism.<br />
Number of coli phages φX-174<br />
1,00E+07<br />
1,00E+06<br />
1,00E+05<br />
1,00E+04<br />
1,00E+03<br />
1,00E+02<br />
2011-07-26<br />
1,00E+10<br />
1,00E+08<br />
1,00E+06<br />
1,00E+04<br />
1,00E+02<br />
1,00E+00<br />
Total Cells/ml Feed VLP/ml Feed VLP & Total Cells/ml Permeate<br />
2011-08-26<br />
2011-09-26<br />
2011-10-26<br />
2011-11-26<br />
2011-12-26<br />
Feed water Permeate<br />
1 10 100 1000 10000<br />
Time (min)<br />
Figure 3 Challenge test resulting in the 4 log removal of coli phages (virus-sized ≈ 26-32 nm)<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 91
Number of E. coli<br />
1,00E+08<br />
1,00E+06<br />
1,00E+04<br />
1,00E+02<br />
1,00E+00<br />
1 10 100 1000<br />
Figure 4 Challenge test resulting in the 5-6 log removal of E. coli (bacteria size ≈ 1m)<br />
Results from the AIT at the UF pilot plant<br />
The Air Integrity Test (AIT) is performed daily and automatically on the pilot plant. If the airflow<br />
through the membranes is less than 2 l/h, the membrane is accepted intact. So far, all measurements have<br />
been far from that limit.<br />
UF an independent microbiological barrier<br />
Chemical precipitation in combination with UF seems to be a powerful barrier towards waterborne<br />
disease (Persson et al, 2005). The barrier effects of the existing process barriers (precipitation and<br />
disinfection by chlorination) depend on each other. During suboptimal operation conditions (for example<br />
problems in the precipitation process), the barrier effect will be affected negatively. Ultrafiltration<br />
however, is a “stand alone” process based on size exclusion (at virus size) which makes it an independent<br />
microbiological barrier. When the UF step is installed, situations with suboptimal operation conditions in<br />
the conventional treatment, may actually lead to even higher exclusion rates, since high turbidity and rest<br />
flocks may improve the microbial log reduction. In view of these facts – could not today’s treatment<br />
process steps, previous to UF, be replaced by the UF plant only? However, the answer to this is no – high<br />
turbidity and rest flocks may improve the microbial log reduction, but it might also increase the need for<br />
cleaning/rinsing of the membranes, the energy consumption would increase, and there would be a higher<br />
risk for permanently increased TMP as well.<br />
A key challenge is the integrity testing and continuous monitoring of the UF membranes. If membrane<br />
fibers or other parts break – e.g. the connectors in between the membrane modules in the pressure vessels<br />
– there will be short-cuts of the barrier. The integrity testing and continuous monitoring of the UF<br />
membranes will be prevailed by VLP tests, AIT, and monitoring by particle counters. In the full scale UF<br />
plant there will be 2 176 modules, containing 23 000 000 membrane fibers. Certainly, there will be a true<br />
challenge to keep track of this stack of “spaghetti”. In beforehand we do not exactly know how many<br />
fiber breaks that have occurred when we will be able to actually monitor a decreased barrier effect in the<br />
overall permeate flow. Never-the-less the UF full-scale plant will enhance the microbiological barrier at<br />
the Lackarebäck WTP – fiber breaks occurring or not.<br />
Conclusions<br />
Feed water Permeate<br />
Time (min)<br />
Are ultrafiltration membranes a reliable microbiological barrier? The criteria for evaluating the<br />
microbial barrier of the UF plant were established to ≥ 4 log removal of viruses, and ≥ 6 log removal of<br />
protozoa. During procurement of the UF plant these criteria were assessed thoroughly. Until November<br />
2014 – with no full scale plant in place, we have to rely on the results from the UF pilot plant – which<br />
however show encouraging results. Challenge tests and VLP results show a base line that confirm that the<br />
UF membranes achieve ≥ 4 log removal of viruses, and ≥ 6 log removal of protozoa.<br />
92 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Chemical precipitation in combination with UF seems to be a powerful barrier towards waterborne<br />
disease. The barrier effects of the existing process barriers (precipitation and disinfection by chlorination)<br />
depend on each other. In cases of suboptimal operation conditions (e.g. problems in the precipitation<br />
process), the barrier effect will be affected in a negative way. Since UF is a “stand alone” process, based<br />
on size exclusion, this makes it an independent microbiological barrier. Moreover, the ≥ 4 log virus<br />
removals on clean membranes (independently of chemical precipitation) aiming at ensuring the virus<br />
removal capability of the membrane itself – is a very important condition for the UF being considered an<br />
independent barrier. A key challenge however, is the integrity testing methods and the continuous<br />
monitoring of the UF membranes, which will be prevailed by the described VLP tests, by particle<br />
counting and/or the AIT.<br />
References<br />
EPA Method 1602:2001. Male-specific (F+) and Somatic Coliphage in Water by Single Agar Layer (SAL)<br />
procedure.<br />
EPA 815:2005 Membrane Filtration Guidance Manual.<br />
Heinicke, G., Lindstedt, C., Viklund, P., Almqvist, H., Bergstedt, O. (2011). Upphandling av ultrafilter – en handbok<br />
för vattenverken. Rapport <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling 2011-05.<br />
ISO 10705-2:2000. Water quality – Detection and enumeration of bacteriophages. Part 2: Enumeration of somatic<br />
coliphages.<br />
ISO/DIS 9308-2. Water quality – Enumeration of Escherichia coli and coliform bacteria. Part 2: Most probable<br />
number method.<br />
Patel, A et al. (2007). Virus and prokaryote enumeration from planktonic aquatic environments by epifluorescence<br />
microscopy with SYBR Green I. Nature Protocols. Vol.2 No.2, 269-277.<br />
Persson, F., Heinicke, G., Hedberg, T., Bergstedt, O., Wångsell, O., Rydberg, H., Kjellberg, I., Kristenson, S-E.<br />
(2005). Mikrobiologiska barriärer i vattenrening. <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>. Rapport VA-forsk 2005-17.<br />
Roos, B., Dalman Eek, C., Sander, A. (2012). Speech at the Water Conference (<strong>Vatten</strong>stämman) at the annual<br />
meeting at The Swedish Water & Wastewater Association in Stockholm 16 th May 2012. “Så skapade vi en<br />
politisk beslutsprocess kring hållbara vattentjänster”.<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 93
Water quality modelling, monitoring and microbial source<br />
tracking for microbial risk assessment of a drinking water<br />
source<br />
Ekaterina Sokolova*, Thomas J.R. Pettersson**, Johan Åström***, Olof Bergstedt****,<br />
Inger Kjellberg***** and Malte Hermansson******<br />
* Water Environment Technology, Chalmers University of Technology, SE-412 96 Gothenburg, Sweden,<br />
ekaterina.sokolova@chalmers.se<br />
** Water Environment Technology, Chalmers University of Technology, SE-412 96 Gothenburg, Sweden,<br />
thomas.pettersson@chalmers.se<br />
*** Tyréns AB, Lilla Badhusgatan 2, SE-411 21 Gothenburg, Sweden, johan.astrom@tyrens.se<br />
**** Gothenburg Water, City of Gothenburg, Box 123, SE-424 23 Angered, Sweden,<br />
olof.bergstedt@vatten.goteborg.se<br />
***** Gothenburg Water, City of Gothenburg, Box 123, SE-424 23 Angered, Sweden,<br />
inger.kjellberg@vatten.goteborg.se<br />
****** Department of Cell and Molecular Biology, Microbiology, University of Gothenburg, SE-405 30<br />
Gothenburg, Sweden, malte.hermansson@cmb.gu.se<br />
Abstract. To prevent waterborne disease outbreaks, mitigation of faecal contamination of drinking water<br />
sources and sufficient treatment of water at the drinking water treatment plant (DWTP) are required. The<br />
aim of this study was to combine and apply several tools to investigate the raw water quality and determine<br />
the risk for waterborne infections in a drinking water source for the cities of Mölndal and Gothenburg in<br />
Sweden, Lake Rådasjön.<br />
To identify the major contamination sources around the lake and their contribution to the faecal<br />
contamination at the water intakes of DWTPs, monitoring of faecal indicators and pathogens was<br />
combined with microbial source tracking and water quality modelling. The microbial source tracking was<br />
performed to determine the human or ruminant origin of faecal contamination using host-specific<br />
Bacteroidales genetic markers. The decay of these genetic markers in relation to the decay of traditional<br />
faecal indicators in water environment was investigated in outdoor microcosm trials performed in different<br />
seasons. Using measured concentrations of Bacteroidales genetic markers the pathogen (norovirus and<br />
Cryptosporidium) concentrations in faecal contamination sources around the lake were estimated for<br />
endemic and epidemic conditions. Afterwards, the fate and transport of faecal indicators and pathogens<br />
within the lake were simulated using a three-dimensional coupled hydrodynamic and microbiological<br />
model, which was calibrated based on the decay data from the microcosm trials. Based on the obtained<br />
results a microbial risk assessment of a conventional DWTP was conducted using two different<br />
approaches – optimal disinfection practices (ODP) and quantitative microbial risk assessment (QMRA).<br />
The results showed that the on-site sewers were the source that contributed the most to the pathogen<br />
concentrations at the water intakes under both endemic and epidemic conditions. The results from both the<br />
ODP and QMRA risk assessments indicated that the barrier efficiency against Cryptosporidium and<br />
possibly viruses may be too low at a conventional DWTP. This study demonstrated how different<br />
approaches and tools can be applied to evaluate the risks for waterborne infections and prioritise<br />
mitigation measures related to faecal contamination of surface drinking water sources.<br />
Introduction<br />
The faecal contamination of drinking water sources can lead to waterborne disease outbreaks among<br />
consumers, as recently happened in the Swedish cities Östersund and Skellefteå in 2010/2011<br />
(Skellefteå Municipality 2011, SMI 2011). To prevent waterborne disease outbreaks, mitigation of faecal<br />
contamination of drinking water sources and sufficient treatment at the drinking water treatment plant<br />
(DWTP) are required.<br />
94 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
To mitigate faecal contamination of drinking water sources, knowledge on the faecal sources in the<br />
catchment and their contribution to the contamination at the water intakes is required. Faecal<br />
contamination can enter a drinking water source through wastewater discharges from various sources and<br />
surface runoff. Therefore, it may be difficult to estimate the relative contribution from different sources to<br />
the total contamination at the water intakes. Moreover, the presence of pathogens from faecal<br />
contamination in a water source may remain undetected due to limitations of the commonly used<br />
monitoring techniques (Brookes et al. 2005).<br />
To ensure sufficient drinking water treatment in terms of pathogen removal at the DWTP, a microbial<br />
risk assessment needs to be performed. Microbial risk assessment is mainly based on the information<br />
about the quality of the raw water and the performance of the treatment steps at the DWTP. A correct<br />
representation of pathogen concentrations in the raw water is crucial for estimation of the infection risks<br />
among consumers. However, the variations in the pathogen concentrations in the raw water over time,<br />
caused by the variations in the hydrodynamic conditions and the level of infection in different hosts, are<br />
often unknown or poorly understood.<br />
This article provides a short overview of the work performed within a project “Evaluation of the<br />
microbial risks in a relatively unaffected surface drinking water source: water quality modelling, decay<br />
trials and microbial source tracking in Lake Rådasjön” (Åström et al. 2011). The aim of this project was<br />
to evaluate and implement several tools to determine the risks for waterborne infections posed by<br />
different contamination sources. The microbial water quality in a drinking water source for the cities of<br />
Mölndal and Gothenburg in Sweden, Lake Rådasjön, was investigated using monitoring, microbial source<br />
tracking, a microcosm study of the faecal indicator decay in raw water and coupled hydrodynamic and<br />
microbiological modelling. Based on the obtained results a microbial risk assessment of a conventional<br />
DWTP was conducted using two different approaches – optimal disinfection practices and quantitative<br />
microbial risk assessment.<br />
Material and Methods<br />
Lake Rådasjön (Figure 1) is located on the west coast of Sweden and constitutes the main water source<br />
for the city of Mölndal (60 000 consumers) and a reserve water supply for the city of Gothenburg<br />
(500 000 consumers). The surface area of the lake is approximately 2.0 km 2 and the maximum water<br />
depth is 23 m. The main inflow to the lake is the river Mölndalsån with a water flow in the range from 1<br />
to 20 m 3 /s. The river Mölndalsån enters the lake in the southeast and drains the lake in the west to Lake<br />
Stensjön (Figure 1). The water intakes for the cities of Gothenburg and Mölndal are located in the northwestern<br />
part of the lake at 8 m and 15 m depth respectively (Figure 1). Lake Rådasjön is potentially<br />
subjected to faecal contamination from various sources located in the catchment of the lake. In terms of<br />
the risks for waterborne disease outbreaks the sources of human and ruminant faecal contamination are<br />
assumed to be the most relevant. Some examples of such sources in the catchment of Lake Rådasjön are:<br />
discharges from on-site sewers, emergency sewer overflows, surface runoff from urban areas and grazing<br />
areas for cattle and horses.<br />
A monitoring program commenced in 2008 to identify the major contamination sources around the<br />
lake and to evaluate the water quality at the water intakes. The program included analyses of various<br />
faecal indicators in grab samples repeatedly collected at the contamination sources and the water intakes,<br />
as well as at-line monitoring (measurements once a day) of E. coli at the water intakes using Colifast®<br />
equipment (www.colifast.no). Moreover, analyses of Giardia and Cryptosporidium were performed on<br />
samples collected regularly at the water intakes and sporadically at a contamination source close to the<br />
water intakes.<br />
To determine the human or ruminant origin of the faecal discharges from the contamination sources<br />
around the lake, a microbial source tracking method using host-specific Bacteroidales genetic markers<br />
was applied. The concentrations of human (BacH) and ruminant (BacR) Bacteroidales 16S rRNA<br />
markers in the samples collected at the contamination sources and the water intakes were analysed using<br />
qPCR assays (Reischer et al. 2006, Reischer et al. 2007). To account for the uncertainties and provide a<br />
reliability measure for interpreting microbial source tracking data, a Bayesian approach was used to<br />
combine the Bacteroidales qPCR assay performances with expert judgements based on the knowledge of<br />
the study area (Åström et al. 2012).<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 95
The decay of human and ruminant Bacteroidales markers in relation to the decay of traditional faecal<br />
indicators in the conditions of Lake Rådasjön was investigated in outdoor microcosm trials. Microcosm<br />
trials were conducted in March, August and November 2010 in order to capture the varying light and<br />
temperature conditions in different seasons. Two microcosms were constructed, one exposed to natural<br />
light and another protected from light. Microcosms were constructed in aquaria filled with raw water<br />
from Lake Rådasjön and inoculated with untreated wastewater and bovine faecal matter. The<br />
concentrations of Bacteroidales markers, total coliforms, E. coli, intestinal enterococci and somatic<br />
coliphages were analysed during two-week periods to follow the decay of faecal indicators (Sokolova et<br />
al. 2012a).<br />
To quantify the contribution from different contamination sources to the microbial concentrations at<br />
the water intakes, the decay and transport of E. coli and pathogens within the lake were simulated using a<br />
microbiological model (ECO Lab by DHI) coupled to a three-dimensional hydrodynamic model (MIKE 3<br />
by DHI). The input data for the model regarding the E. coli concentrations in the contamination sources<br />
around the lake were obtained from the monitoring campaign. The possible pathogen (Cryptosporidium,<br />
norovirus and E. coli O157/H7) concentrations in the contamination sources around the lake were<br />
estimated for endemic and epidemic conditions using the obtained microbial source tracking data<br />
(Sokolova et al. 2012b). The microbiological model was calibrated using the faecal indicator decay data<br />
from the microcosm experiment. The modelling results regarding the E. coli concentrations at the water<br />
intakes were validated using the measured data.<br />
The results of monitoring and modelling provided raw water quality data needed to assess the health<br />
risks for consumers. A risk assessment was performed using the optimum disinfection practices (ODP)<br />
and quantitative microbial risk assessment (QMRA) tools (a description of these tools is available at<br />
www.svensktvatten.se). The ODP tool requires historical data on faecal indicator concentrations in raw<br />
water, while QMRA is based on pathogen concentrations in a water source.<br />
Figure 1 Map of Lake Rådasjön. The circle indicates the location of the water intakes. The dots represent<br />
the location of the major faecal contamination sources: on-site sewers (3 and 7), untreated stormwater<br />
(18), cattle grazing area (17) and emergency sewer overflow (P). The arrows represent the inflow to the<br />
lake from the river Mölndalsån and the outflow from the lake.<br />
96 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Results and Discussion<br />
The monitoring campaign in combination with the microbial source tracking helped to identify the<br />
major contamination sources, which included the discharges from the on-site sewers (Figure 1, sites 3 and<br />
7), urban stormwater runoff (Figure 1, site 18), the cattle grazing area (Figure 1, site 17), the emergency<br />
sewer overflow (Figure 1, site P), and the main inflow to the lake – the river Mölndalsån (Figure 1).<br />
The at-line monitoring of the E. coli concentrations at the water intakes corresponded well with the<br />
laboratory analyses of the E. coli concentrations in grab samples. At-line monitoring proved useful to<br />
relatively fast provide an overview of the raw water quality and its variations. The pathogens Giardia and<br />
Cryptosporidium were detected in 2 and 4 samples, respectively, out of 61 samples collected at the water<br />
intakes during 2005 – 2011. Giardia was also detected in one out of 12 samples collected during 2010 –<br />
2011 in the stream contaminated by on-site sewers (Figure 1, site 3).<br />
The results from the coupled hydrodynamic and microbiological modelling corresponded well with<br />
the observed E. coli concentrations at the water intakes (Figure 2). Both monitoring and modelling<br />
indicated that the microbial water quality can vary strongly over time and that the highest levels of faecal<br />
contamination at the water intakes can be expected in autumn, winter and early spring (Figure 2).<br />
Based on the modelling results we can conclude that under endemic conditions the stream<br />
contaminated by on-site sewers contributed the most to the norovirus concentrations at the water intakes<br />
in Lake Rådasjön, while the cattle grazing area was the main contributor to the Cryptosporidium<br />
concentrations. Under epidemic conditions the stream contaminated by on-site sewers contributed the<br />
most to both norovirus and Cryptosporidium concentrations at the water intakes.<br />
Integrating microbial source tracking with coupled hydrodynamic and microbiological modelling<br />
proved to be useful to evaluate the contribution of different contamination sources to the pathogen<br />
concentrations at the water intakes. Moreover, the modelling approach enables testing various scenarios,<br />
for example, future or worst-case conditions and alternative locations of the water intakes or<br />
contamination sources.<br />
The results from both the ODP and QMRA risk assessments indicated that the barrier efficiency<br />
against Cryptosporidium and possibly viruses may be too low at a conventional DWTP. Although the<br />
QMRA tool was more demanding than the ODP tool in terms of input data, it presented an opportunity to<br />
test different scenarios and investigate the effects of the infection rate and the location of the<br />
contamination sources around the lake on the health risk.<br />
This study demonstrated how different approaches and tools can be applied to evaluate the risks for<br />
waterborne infections and prioritise mitigation measures related to faecal contamination of surface<br />
drinking water sources.<br />
Figure 2 E. coli concentrations at the 8 m (black colour) and 15 m (grey colour) water intakes during the<br />
year 2008: comparison of the modelling results (line) with observed E. coli concentrations (dots).<br />
Session 2: Säker dricksvattenförsörjning 97
Acknowledgements<br />
This research was funded by the Swedish Water and Wastewater Association (<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>); the<br />
Graduate School on Environment and Health (Miljö och Hälsa Forskarskolan) at Chalmers University of<br />
Technology and the University of Gothenburg, Sweden; the EU project VISK (Interreg IV A program);<br />
the EU project TECHNEAU; the city of Gothenburg; the city of Mölndal; the Härryda Municipality;<br />
Region Västra Götaland (GR); the Administrative Board in Västra Götaland County (Länsstyrelsen<br />
Västra Götalands län); the Water Management Association for the river Göta älv (Göta älvs<br />
<strong>Vatten</strong>vårdsförbund).<br />
References<br />
Åström, J., Bergstedt, O., Sokolova, E., Kjellberg, I., Pettersson, T.J.R., Borell Lövstedt, C., Karlsson, A. &<br />
Wennberg, C. (2011). Evaluation of the microbial risks in a relatively unaffected surface drinking water<br />
source: water quality modelling, decay trials and microbial source tracking in Lake Rådasjön (In Swedish:<br />
"Värdering av risker för en relativt opåverkad ytvattentäkt: Modellering av Rådasjön med stöd av<br />
inaktiveringsstudier och mikrobiell källspårning"). <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling, Stockholm.<br />
http://vav.griffel.net/filer/Rapport_2011-18<br />
Åström, J., Pettersson, T.J.R., Reischer, G.H. & Hermansson, M. (2012). A Bayesian Monte Carlo approach to<br />
combine Bacteroidales qPCR analyses with expert judgements for faecal source tracking in surface waters.<br />
Manuscript.<br />
Brookes, J.D., Hipsey, M.R., Burch, M.D., Linden, L.G., Ferguson, C.M. & Antenucci, J.P. (2005). Relative value of<br />
surrogate indicators for detecting pathogens in lakes and reservoirs. Environ. Sci. Technol. 39(22), 8614-<br />
8621.<br />
Reischer, G.H., Kasper, D.C., Steinborn, R., Mach, R.L. & Farnleitner, A.H. (2006). Quantitative PCR method for<br />
sensitive detection of ruminant fecal pollution in freshwater and evaluation of this method in alpine karstic<br />
regions. Appl. Environ. Microbiol. 72(8), 5610-5614.<br />
Reischer, G.H., Kasper, D.C., Steinborn, R., Farnleitner, A.H. & Mach, R.L. (2007). A quantitative real-time PCR<br />
assay for the highly sensitive and specific detection of human faecal influence in spring water from a large<br />
alpine catchment area. Lett. Appl. Microbiol. 44(4), 351-356.<br />
Skellefteå Municipality (2011). Discharges of wastewater caused Cryptosporidium infections: Report from the<br />
Department of Construction and Environment, Skellefteå Municipality on their work and conclusions. (In<br />
Swedish: "Utsläpp av avloppsvatten orsakade cryptosporidiesmittan - redovisning av bygg- och<br />
miljökontorets arbete och slutsatser"). Department of Construction and Environment, Skellefteå<br />
Municipality.<br />
http://www.skelleftea.se/Bygg%20och%20miljokontoret/Innehallssidor/Bifogat/Slutrapport%20bygg-<br />
%20och%20milj%C3%B6kontoret.pdf<br />
SMI (2011). Cryptosporidium in Östersund: The work of the Swedish Institute for Communicable Disease Control<br />
with the waterborne disease outbreak in Östersund in 2010-2011 (in Swedish: "Cryptosporidium i<br />
Östersund: Smittskyddsinstitutets arbete med det dricksvattenburna utbrottet i Östersund 2010–2011").<br />
Swedish Institute for Communicable Disease Control, Solna.<br />
http://www.smittskyddsinstitutet.se/upload/Publikationer/Cryptosporidium-i-Ostersund-2011-15-4.pdf<br />
Sokolova, E., Åström, J., Pettersson, T.J.R., Bergstedt, O. & Hermansson, M. (2012a). Decay of Bacteroidales<br />
genetic markers in relation to traditional fecal indicators for water quality modeling of drinking water<br />
sources. Environ. Sci. Technol. 46(2), 892-900.<br />
Sokolova, E., Åström, J., Pettersson, T.J.R., Bergstedt, O. & Hermansson, M. (2012b). Estimation of pathogen<br />
concentrations in a drinking water source using hydrodynamic modelling and microbial source tracking. J.<br />
Water Health, in press.<br />
98 Session 2: Säker dricksvattenförsörjning
Session 3: Dricksvattenkvalitet<br />
Övervakning av förändringar av vattenkvaliteten<br />
i distributionssystem 100<br />
Nya metoder för on-line-detektering av<br />
mikrobiologisk dricksvattenkvalitet 105<br />
Effekten av förbättrad vattenrening på mikro-<br />
organismer i Oslos distributionssystem för vatten 115<br />
Mixed bed-filtrering i ytvattenrening 123<br />
Dricksvattenkriser berör oss alla! 131<br />
Ökad kunskap om snabbsandfilter 133<br />
Förändringar i sammansättningen av organiskt<br />
kol under dricksvattenproduktion 138<br />
Analys av bakteriestammar i biofilmer i<br />
dricksvattennät i södra Sverige 142<br />
Avancerad analys av hålrumsmembran i<br />
pilotförsök med UF/koagulering 146<br />
Praktiska erfarenheter av avhärdning i<br />
fluidiserad bädd 151<br />
99
Monitoring of water quality changes in a distribution system<br />
Ikonen Jenni*, Juntunen Petri**, and Ilkka T. Miettinen<br />
* National Institute for Health and Welfare, Department of Environmental Health, Water and Health Unit,<br />
P.O. Box 95, FI-70701 Kuopio, Finland<br />
** University of Eastern Finland, P.O. Box 1627, FI-70211 Kuopio, Finland, Department of Environmental<br />
Sciences, Process Informatics Kuopio Finland<br />
Abstract. In Europe, drinking water quality monitoring is based on the verification of the water quality<br />
in the consumers` tap. This is achieved by sampling and analyzing tap water samples. No continuous<br />
monitoring of water quality and detection of unwanted agents in distribution system is included in routine<br />
water quality verification procedures carried out by drinking water suppliers. This procedure leaves multiple<br />
scenarios enabling water quality deterioration between the water purification plant and the tap (Dufour et<br />
al., 2003) and it gives a need for on-line monitoring. The main goal of the study was to determine how online<br />
monitoring can be used in drinking water (microbial, chemical) quality monitoring in a full-scale<br />
distribution network.<br />
The distribution network of the city of Kuopio was selected as a target site. Drinking water quality<br />
was monitored in five different sampling points and with two YSI multiparameter on-line sondes for 9month<br />
monitoring period. Three of these sampling points were situated in wells and two at the pumping<br />
stations in the network. Water samples were taken weekly from the network to validate the on-line data. In<br />
Kuopio, drinking water is produced in two different artificially recharging ground water works: Hietasalo and<br />
Jänneniemi. During the monitoring session it was seen that water sources could be separated in on-line<br />
monitoring according to their different electron conductivity (EC) values. This was specially shown during<br />
weekends when the portion of drinking water from Jänneniemi was larger than on the other week days.<br />
Changes in EC could thus be used as a tracer enabling the follow-up of water movements in the drinking<br />
water network and the detection of changes in production processes.<br />
As a reference data to on-line measurements (temperature, pH, EC and turbidity) both<br />
microbiological (plate counts, total counts) and chemical (iron, manganese and aluminium) analyses were<br />
carried out. Also physico-chemical parameters (T, pH, EC, residual chlorine, O2, NTU, particles/ml, abs<br />
254nm and abs 420nm) were measured. We also wanted to explore the connection between on-line<br />
measurements and the microbial quality of drinking water. It was found that 10/29 of these peaks Fe/Mn<br />
events were related to elevated bacterial counts (HPC) in water.<br />
Challenges of on-line water quality monitoring<br />
At the moment drinking water quality control is focused on the water quality in the consumers tap and<br />
the quality of drinking water in the network is not under main scope. In Finland, the quality of drinking<br />
water is regularly controlled by water plant itself and by municipal authorities, who take water samples<br />
from the produced water. However, sampling and analysis of a sample may also effect on the final result<br />
that indicates the quality of water. Methods based on cultivation will take time and some methods such as<br />
PCR will depend on the concentration of contaminants in water. Also time, when the sample has been<br />
taken can effect on a final result. This leads to a situation where the quality of drinking water may fully<br />
comply with the quality requirements and guidelines indicating acceptable quality of water. However,<br />
possible (especially acute) contamination may not be discovered. Thus, the need for quicker observation<br />
methods prevails. One solution for improved water safety could be to apply on-line monitoring<br />
technology to observe water quality changes in drinking water network.<br />
On-line monitoring of water quality in the drinking water network gives many benefits. One is the fact<br />
that an on-line sensor in a network can monitor large amount (majority-all) of water, while routine water<br />
100 Session 3: Dricksvattenkvalitet
sampling covers only a small fraction of all distributed drinking water. On-line monitoring of the drinking<br />
water quality enables (at least in principle) constant real-time detection about the quality of distributed<br />
drinking water.<br />
However, monitoring of drinking water quality in the network is challenging. Main issues to be<br />
considered when planning the on-line monitoring is the determination of the measuring points in the<br />
network, what parameters to be measured, what is the monitoring frequency and how many sensors are<br />
required. From technical point of view also power supply (e.g. battery) and data transfer systems must be<br />
taken care of. In this sense, existing monitoring wells and pumping stations can be utilized as locations<br />
for sensors.<br />
Utilizing multiple bulk parameters in on-line monitoring is gaining ground and it has been stated that<br />
inferential surrogate monitoring can be used as early-warning systems, so that no specific compound of<br />
interest is used (Kroll 2010). In Finland on-line monitoring concerns generally measurement of pH,<br />
temperature, electric conductivity and free residual chlorine of the water distributed from water works. In<br />
the drinking water distribution network monitoring other parameters besides hydraulic (water<br />
flow/pressure) is quite rare (national inquiry to Finnish water works, Vesikko project).<br />
The major challenge dealing with on-line monitoring of drinking water quality concerns the quantity<br />
and quality of data. Typical features of on-line data quality include roaming of baseline, unexpected<br />
sudden steps, outlayer signals and background noise. The unstable (uncoherent) data requires processing.<br />
False alarms can be minimized by using sensor management and data analyzing. It has been stated that<br />
attention/concentration should be pointed into a magnitude, shape and duration of the peaks in data.<br />
Longer and bigger peak will indicate change in larger water volume indicating significant change in water<br />
quality (Kroll 2010).<br />
Monitoring experiences<br />
The main goal of this study was to determine how on-line monitoring can be used in drinking water<br />
(microbial, chemical) quality monitoring in a real drinking water network. The distribution network of the<br />
city of Kuopio (Kuopio Water) was selected as target site for the study. There was five different<br />
monitoring points in the network. Two YSI multiparameter sondes (YSI 600XLM-V2-M and YSI 6920-<br />
V2-M) were applied for water quality monitoring which lasted for 9 months. Three of these monitoring<br />
points were situated in monitoring wells and two at the pumping stations of the network used by Kuopio<br />
Water. Besides the on-line monitoring laboratory analyses from water samples of the network were used<br />
as validation material. The water samples were taken three times per every week. Every month included<br />
an extensive monitoring week which included sampling on every working day.<br />
YSI sondes enable on-line monitoring of temperature, pH, electric conductivity and turbidity. An<br />
important feature of the Kuopio city is the fact that drinking water is produced in two different artificially<br />
recharging ground water works: Hietasalo and Jänneniemi. During the monitoring session it was seen that<br />
water sources could be separated in on-line monitoring according to their different electron conductivity<br />
(EC) values: Hietasalo had 50µS/cm lower EC than in water abstracted at Jänneniemi. This was specially<br />
shown during weekends when the portion of drinking water originating from Jänneniemi is larger than on<br />
other week days. This EC peak could be used as a tracer enabling to monitore water movement in the<br />
distribution system and to detect changes in production process. The detected EC peaks had a different<br />
shape in different monitoring points. The peak was clearer at the monitoring point A which is placed<br />
close to the water plant. (Figs. 1 and 2).<br />
With on-line monitoring it was observed that electric conductivity was good parameter to express<br />
water quality e.g. from which raw water source was used. The most challenging parameters to be<br />
monitored were turbidity and pH, which both demanded more frequent sensor maintenance and<br />
calibration than the measurements of electric conductivity or temperature. Turbidity data was challenged<br />
by frequent outlayers. Thus, the turbidity data required constant processing. It can be concluded that data<br />
analyzing is essential part of not only turbidity data but over-all data obtained through on-line monitoring<br />
systems.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 101
Figure 1 Figure 1. On-line monitoring period of EC at the monitoring point A at 9.5. – 22.9.2011 (no EC<br />
peaks were detected at 10 – 12.6.2011 because of maintenance at water plant)<br />
Figure 2. On-line monitoring data of EC at the monitoring point E at 9.5 – 26.6.2011. (no EC peaks<br />
were detected at 10 – 12.6.2011 because of maintenance at water plant)<br />
Laboratory analyses<br />
As reference data to on-line monitoring both microbiological (HPC on R2A, TMC with DAPIstaining)<br />
and chemical (iron, manganese and aluminum) analyses were carried out. Also physicochemical<br />
parameters like temperature, pH, EC, residual chlorine, O2, NTU, particles/ml, abs 254nm and<br />
abs 420nm were measured to obtain reference data which can be compared with on-line monitoring data.<br />
During the monitoring period iron exceeded 29 times value of 0,2 mg/l and manganese 11 times value<br />
0,05 mg/l (Anon 2000). The average laboratory results of the monitoring period are present at the Table 1.<br />
The general assumption was that turbidity peaks would be related loose deposits which could carry<br />
microbes. The study showed that 10 out of 29 peak value cases of high Fe/Mn were related with<br />
simultaneously elevated bacterial counts (HPC) in water.<br />
102 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Table 1a. Average values of water quality parameters at five monitoring points of Kuopio DW<br />
network.<br />
T EC Residual Turbidity Particles Abs<br />
(C) (µS/cm) Cl (NTU (>,5µm/ml)* 254nm<br />
A 8,5 242 0,27 0,03 1761 0,228<br />
*particles measured as 1/10 dilution in UP water<br />
Table 1b. Continuation : Averages of water quality parameters at five monitoring points of Kuopio DW<br />
network<br />
Conclusions<br />
B 7,2 246 0,19 0,23 4286 0,237<br />
C 7,5 247 0,16 0,09 3555 0,232<br />
D 8,2 252 0,09 0,41 4696 0,258<br />
E 8,4 248 0,13 0,16 2585 0,231<br />
Iron<br />
(mg/l)<br />
Manganes<br />
e<br />
(mg/l)<br />
Aluminium<br />
(mg/l)<br />
HPC<br />
(CFU/ml)<br />
TMC<br />
(cells/<br />
ml)<br />
A 0,04 0,026 0,032 20 41 000<br />
B 0,08 0,044 0,031 300 42 000<br />
C 0,07 0,080 0,032 500 60 000<br />
D 0,18 0,032 0,023 2700 41 000<br />
E 0,09 0,027 0,034 400 47 000<br />
Changes in water quality can be detected by on-line monitoring devices. This provides in principal a<br />
useful tool for verification of drinking water quality.<br />
Basic parameters measured as on-line like electron conductivity or temperature may provide useful<br />
information about water quality in drinking water network. In Kuopio case electron conductivity could be<br />
used as a tracer indicating water flow patterns in the distribution networks. In addition to, several peak<br />
events of turbidity were detected. Some of those peak events could be associated with high Fe/Mn (loose<br />
deposits) .<br />
The study underlined the technical challenges related with on-line monitoring. Some of the sensors<br />
(especially pH and turbidity) require intensive maintenance and calibration.<br />
On-line monitoring of microbial drinking water quality is extremely challenging. The study confirmed<br />
the concept that the present on-line sensors enable detection of physico-chemical quality changes, but do<br />
not make possible direct detection of microbes, not even changes in total microbial counts which are<br />
much higher than HPC. High expectations was put in the study on indirect detection of microbes.<br />
However, it could be proven in this study that not even the on-line monitoring of turbidity could predict<br />
changes in microbial counts in drinking water. Thus, in terms of microbial drinking water quality<br />
traditional laboratory analyses of microbes prevail over the on-line monitoring.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 103
References<br />
Anon. 2000. Degree of the Ministry of the Social Affairs and Health 461/2000 relating to the quality and monitoring<br />
of water intended for human consumption. 2000. Helsinki (in Finnish).<br />
http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2008/20080177.<br />
Dufour, A., Snozzi, M., Koster, W., Bartmram, J., Ronchi, E., Fewtrell, L. Assessing Bacterial Safety of Drinking<br />
Water. (2003) WHO Drinking Water Quality Series. 295s . London SW1H 0QS, UK.<br />
Kroll D., (2010) Is it real or isn`t it? Addressing early warning systems alarms. Water contamination emergencies:<br />
Monitoring, understanding, acting. Edited by K. Clive Thompson and Ulrich Borchers STM (2000).<br />
Acknowledgements<br />
This work was a part of a national Sävel project (968/31/08), which is funded by the Finnish Funding Agency for<br />
Technology and Innovation (TEKES). We acknowledge the help obtained from Kuopio Water, University of Eastern<br />
Finland and the personnel of National Institute for Health and Welfare in Kuopio.<br />
104 Session 3: Dricksvattenkvalitet
New methods for on-line detection of coliforme bacteria in<br />
drinking water<br />
Niels Erik Bjergaarde* and Eva Hansson**,<br />
*Københavns Energi A/S, e-mail: nebj@ke.dk **Roskilde Forsyning A/S, e-mail:evah@rosforsyning.dk<br />
Abstract. During our work at the water supplies, we have obtained practical experiences with a number of<br />
fast detection methods for microbial quality. In this work we focus on fast methods for detection of<br />
coliforme bacteria and to a lesser extend Escherichia coli (E-coli). Our experiences include the following<br />
methods: The process analyzers mBonline Coliguard® and Colifast ALARM® and the operational tools<br />
“Integrated Sample Unit” where the laboratory method Colilert-18®/Quanti-Tray® is used to quantify the<br />
coliforme and E-coli bacteria.<br />
The methods will be described with regards to detection limits, response time, operational qualities, and<br />
limitations to operation. The process analyser Colifast ALARM® has been on the market for a couple of<br />
years and is used as a part of daily operation control at Københavns Energi, whereas Coliguard® is new<br />
on the Danish market. The three water supply companies of Copenhagen, Roskilde, and<br />
Gentofte/Gladsaxe, and the company Amphi-Bac have in collaboration tested the analyzer directly in our<br />
full-scale production facilities with regards to detection limits, response time, operational qualities, and<br />
limitations to operation.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 105
Introduction<br />
In Denmark, groundwater covers almost 100% of our need for drinking water. It is a political decision<br />
that the drinking water should be treated as simple as possible before it reaches the taps of the consumers.<br />
Typically, treatment consists of aeration and filtration (removal of iron and manganese) at the water<br />
works before the water is pumped into the distribution net to the consumers.<br />
A barrier such as chlorination of drinking water is not common practice. Thus, in order to insure healthy<br />
drinking water with good bacterial and physical/chemical quality it is critical to have fast methods, which<br />
can monitor drinking water quality during production and distribution. Water works, researchers, and<br />
consultants are constantly challenging the limits for detection and delivery of results developing new<br />
methods for rapid microbial quality control.<br />
During our work at the water supplies of Copenhagen, Gentofte/Gladsaxe, and Roskilde areas, we have<br />
obtained practical experiences with a number of fast detection methods for microbial quality. The purpose<br />
of this presentation is to share our experiences with on-line methods installed directly at outlets from our<br />
waterworks. The focus is on coliforme bacteria and to a lesser extent Escherichia coli (E-coli). Our<br />
experiences include the following process analyzers: Coliguard® and Colifast®, and the operational<br />
tools “Integrated Sample Unit”, where the laboratory method Colilert 18®/Quanti-Tray® is used to<br />
quantify the coliforme and E-coli bacteria. All techniques have the potential to establish an important part<br />
of continuous operation and control of microbial quality in drinking water production.<br />
These methods are developed to monitor the sanitary quality of water upon detection of indicator bacteria<br />
such as coliforme bacteria and E-coli as fast as possible. As mentioned the Danish water works are<br />
privileged with a relatively good microbial raw water quality. Without barriers as chlorination etc. water<br />
of good sanitary quality is supplied. In normal situations the detected level of coliforme bacteria is low<br />
from the water works to the consumer. Higher levels are used in the operation and control procedures as a<br />
warning signal for leakage, accidental pollutions, failure in treatment processes etc. In these situations we<br />
are challenged in time and the need for faster methods is obvious.<br />
Methods<br />
“Integrated Sample Unit”<br />
In the Danish water supply sector the standard methods ISO EN 9308-1:2001 and Colilert®/Quanti-<br />
Tray® are used for detection of coliforms and E-coli. Grab sampling with a sample size of 100 ml. is the<br />
common procedure. The use of large sample volume and longer sampling periods improve the sensitivity<br />
in the detection of coliforms in our systems.<br />
A sampling unit with the possibility to take out larger samples and use longer sampling periods has been<br />
integrated in the operation and control at the waterworks cooperating in this project. This sampling unit is<br />
named “Integrated Sample Unit”<br />
Figure 1: “Integrated Sample Unit” Figure 2: Extraction of coliforme bacteria from filter paper<br />
106 Session 3: Dricksvattenkvalitet
In the sampling unit the sample is filtered through a sterile filter unit. The coliforms are caught on the<br />
filter surface. After a determined filtration time and -volume the filter-unit is removed and transported to<br />
the laboratory. The coliforms are extracted from the filter and the number of coliforms is analyzed using<br />
the Colilert-18®/Quanti-Tray® method. By filtration of 100 litres of water sample during 24 hours the<br />
detection limit of coliforms and E-coli is improved 1000 times compared to normal procedure with grab<br />
sampling of 100 ml. This sampling unit was installed at the test points in order to compare the results of<br />
the Coliguard® and the Colifast® with the Colilert® method.<br />
Colilert-18®/Quanti-Tray®<br />
The enzyme substrate test from US Company IDEXX was used for simultaneous detection of coliforms<br />
and E-coli numbers in the spiked water samples in our tests. Also in connection with the use of the<br />
sampling unit in the operational tests of the process analyzer.<br />
Figure 3: Quanti Tray® wells from the Colilert® MPN method<br />
Colifast process analyzer ALARM®<br />
The Colifast ALARM® is developed and produced by the Norwegian Company Colifast AB. The<br />
company has been working with automation of methods for bacteria detection and measurement in food<br />
and water for the past 20 years.<br />
The Colifast ALARM® is a stand-alone at-line early warning system developed for detecting either one<br />
of the three following microbial parameters: Total coliforms, faecal coliforms, or E-coli in 100 ml water<br />
samples.<br />
Detection of target bacteria is based on selective growth in Colifast® medium and the hydrolysis of<br />
fluorogenic substrates by specific bacterial enzymes, which ensure accurate results, detecting only<br />
cultivatable bacteria of the target group.<br />
The analyzing time for the sample is 15 hours. After this time a final result for the sample is reported. If<br />
the result is positive coliforme bacteria is present at a level above 1 coliform/100 ml, and below 1<br />
coliforme/ 100 ml if the result is negative. The first measurement on the incubated sample is performed<br />
after 6 hours (early warning for high levels of coliforms) and the system continues to measure every hour<br />
until the final 15 hours.<br />
The result is then reported by following options decided by the end user: SMS, LAN and PLC interfacing<br />
and audio-visual alarms at the local position of the actual analyzer-system. Københavns Energi decided to<br />
buy the system after a trial project in 2010.<br />
It has been operating continuously with good and stable results since June 2010, at a control point at the<br />
water storage facility for Copenhagen, Tinghøj. It runs every day all year around. A major advantage<br />
developed is the possibility to do testing at night, where no manual sampling and following laboratory<br />
analysis can be provided under normal conditions. By the use of the system, incidents with abnormal high<br />
level of coliforms have been detected with following trouble shooting in our systems to find the reason.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 107
Figure 4 and 5: The Colifast ALARM installation at Københavns Energi, Tinghøj water storage facility.<br />
“Remote Desktop” operation. Example of an unusual situation. Detection of high level of coliforms<br />
mBonline Coliguard® process analyzer<br />
The three water supply companies of Copenhagen, Gentofte/Gladsaxe, and Roskilde, have in<br />
collaboration tested Coliguard® from the Austrian company MB-Online GmbH founded in 2008, which<br />
is a new on-line method for monitoring coliforme and E-coli bacteria. The Coliguard® method can<br />
deliver a result in three hours, which to the writers‟ knowledge is the lowest response time to date.<br />
Coliguard is already used at drinking water supplies in a number of countries in Europe, however; so far it<br />
is mostly used on drinking water resources originating from surface water, which contains much higher<br />
concentrations of bacteria than ground water. Thus, in order for Danish water works to be interested in<br />
this new method a low detection limit is a key issue. As a part of the test of MB-online Coliguard®,<br />
results have been compared with traditional microbial methods, which were used in parallel for<br />
comparison.<br />
In order to make the study more applicable to everyday operation at the water works, the apparatus was<br />
tested directly in our full-scale production and distribution systems. So far, it has not been possible to find<br />
automated or manual methods, which can deliver a reliable result in such a short time span. We were<br />
therefore eager to see whether this tool was able to fulfil the promised specifications and our expectations.<br />
108 Session 3: Dricksvattenkvalitet
The full automatic system can either detect low levels of coliforms or E-coli by measuring their<br />
biochemical metabolic rate during fluorescencoptical measurements.<br />
Figure 6: The internal operation side of the mB-Online Coliguard® analyzer<br />
The enzymatic activity of coliforms is detected by measuring the concentration of β-galactosidase,<br />
whereas E. coli are determined by measuring the concentration of β-glucuronidase, an enzyme, which is a<br />
selective marker for E-coli. Results are typically delivered directly to our SCADA-systems in three hours,<br />
which is the major advantage compared to the standard control methods.<br />
The sample volume can vary in a range up to 3000 ml; in our test it was preset to 2000 ml. The sample is<br />
filtered through a ceramic filter, where after the filter sample is mixed with either coliforme- or E-colireagent.<br />
After each measurement the ceramic filter and reaction chamber is cleaned with a cleaning<br />
solution.<br />
The mboClient is a JAVA based application that can be installed on any PC. The user face is user<br />
friendly, besides the presentation of the measuring results in a clearly arranged diagram, instrument<br />
parameters can be displayed and adjusted. The module „Timetable “allows the setup of a sophisticated<br />
schedule when measurements are to be performed, the system status informs about the remaining<br />
quantities of consumables. An integrated export module permits the export of data e.g. into an excel<br />
spreadsheet for further processing.<br />
The Coliguard apparatus was installed and ran continually for six months at Critical Control Points at two<br />
water works in Hørsholm and Roskilde, and at the Tinghøj storage facility.<br />
Figure 7: Operational test of the Coliguard analyzer<br />
The background enzyme level of β-galactosidase was stable at each location, but varied with locations. At<br />
Tinghøj the level of β-galactosidase correspond to 1,4 coliforms/100 ml with the conversion factor being<br />
used, but no β-glucuronidase background was detected. At Haraldsborg and Sjælsø the levels of β-<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 109
galactosidase correspond to 1,6/ 100 ml and 2,0/100 ml neither at these two sites any β-glucuronidase<br />
background was measured.<br />
Actvity [pMol/minute]<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
Tinghøj Haralds borg S jæ ls ø<br />
18.12.11 27.01.12 07.03.12 16.04.12<br />
Figure 8: Background enzyme activity levels at the three water facilities during the test period.<br />
Simultaneously Colilert analysis didn’t show presence of coliforme bacteria or E. coli.<br />
The water was simultaneously been analyzed using the “Integrated Sample Unit” followed by a Colilert®<br />
measurement on the filter wash off. The Colilert analysis did not show the presence of either coliforms or<br />
E-coli at any of the three sites. The reason for the variation of background β-galactosidase level may be<br />
due to the presence of other microorganisms such as protozoa and other bacteria.<br />
Spiking experiments<br />
Because no true water contamination occurred through the testing period, three types of spike tests were<br />
carried out. The first spike test was carried out at Tinghøj. This was done by spiking 20 L of drinking<br />
water from the Tinghøj storage facility, with freeze dried coliforme bacteria with a certified number of<br />
bacteria. In order to verify the concentration two water samples were simultaneously analysed by the<br />
Colilert method. The results of the Colilert method were 6 coliforms/ 100 ml.The first spiking experiment<br />
showed clearly a difference between background level and the „contaminated‟ level, which was very<br />
promising.<br />
Actvity [pMol/minute]<br />
4<br />
3,5<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
1. Spiking experiment<br />
Water spiked with 6<br />
coliforme cfu/100 ml<br />
Background enzyme level<br />
0<br />
26-01-12 28-01-12 30-01-12 01-02-12 03-02-12<br />
Figure 9: First spiking experiment was carried out using freeze dried coliforme bacteria. Colilert analysis<br />
showed a concentration of coliforme bacteria at 6 cfu/ 100 ml.<br />
110 Session 3: Dricksvattenkvalitet
In the second spike test, we were interested in testing the detection level of the Coliguard apparatus. In<br />
this test water from the Tinghøj sub container number 6 was analysed. Sub container number 6, which is<br />
closed down for repair, contained water contaminated with coliforme bacteria at concentrations of 1-2<br />
coliforms/ 100 ml. 20 L was twice analysed by the Coliguard® apparatus. At the beginning of each test,<br />
water samples were analysed by the Colilert method.<br />
The result of the first analysis (2.1) of Tinghøj-water from sub container number 6 showed an increase in<br />
enzyme level to a concentration 2 times above background level. At the second analysis (2.2) the enzyme<br />
level didn‟t increase above background level. We cannot explain the reason for this difference. In order to<br />
assure that it isn‟t a malfunction of the apparatus the Coliguard instrument is currently in for testing.<br />
Actvity [pMol/minute]<br />
3,5<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
2.1 Spiking experiment<br />
Backgr.enzyme level<br />
(BEL)<br />
BEL<br />
Water spiked with 1-2<br />
coliforme cfu/100 ml<br />
0<br />
22-03-12 24-03-12 26-03-12 28-03-12 30-03-12 01-04-12<br />
Actvity [pMol/minute]<br />
3,5<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
2.2 Spiking experiment<br />
0<br />
04-04-12 05-04-12 06-04-12<br />
Figure 10 Second spiking experiment, which consists of two repetitions. Simultaneously Colilert analysis<br />
showed the presence of 1-2 coliforme bacteria. BEL: background enzyme level<br />
In the third experiment we wanted to examine whether there was a linear dependence in enzyme activity<br />
and coliforme as well as E. coli concentration, furthermore, we wanted to test the detection limits once<br />
again. An spike sample of 20 litres with “a target concentration” of around 20-30 coliformes/100 ml was<br />
made by adding fresh wastewater to drinking water taken from the tap. (Dilution factor around<br />
1/40000).This sample was analyzed for typical water parameters and microbial quality parameters.<br />
During a period of three days a 20 l solution of strongly dissolved wastewater (1/40000) was stepwise<br />
added drinking water resulting in lower and lower concentrations of coliforms and E-coli. The solution<br />
was monitored during the three days, each day the Coliguard® apparatus performed two analyses for<br />
coliforme bacteria followed by two analyses for E-coli. At the end of each day a known volume of<br />
drinking water was added to the left over volume of solution resulting in a dissolution series of<br />
approximately 1, 5/6, and 1/4. Thereby, approaching the detection limits of the Coliguard® apparatus.<br />
This approach would also allow us to examine whether the enzyme activity of the bacteria would follow<br />
the concentration levels detected by the Colilert method.<br />
The sample of waste water dissolved into 20 L of drinking water resulted in an average concentration of<br />
coliforms at 25/ 100 ml and E-coli at 7/ 100 ml according to the corresponding Colilert analysis. Due to<br />
the-stability of the bacteria it was necessary to decrease the addition of drinking water on day 2 and 3 to<br />
the absolute minimum in order to ensure enough bacteria to measure. In each sample- round two samples<br />
were taken both of which were analysed twice. The average result of each sample is shown in the table<br />
below.<br />
Table 1 Third spiking experiment was carried out over a period of three days. Simultaneously Colilert<br />
analysis showed the presence of coliforme bacteria and E. coli.<br />
BEL<br />
Water spiked with 1-2<br />
coliforme cfu/100 ml<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 111<br />
BEL
Colilert<br />
(coliforms/100 ml)<br />
Double sampling<br />
Colilert<br />
(E-coli/100 ml)<br />
Double<br />
sampling<br />
Background
Figure 12: E-Coli. Third spiking experiment was carried out over a period of three days. Simultaneously<br />
Colilert analysis showed the presence of coliforme bacteria according to the table above. BEL: background<br />
enzyme level<br />
It was not possible in the third experiment to distinguish between the background level and a low level<br />
contamination with up to 34 coliforms/ 100 ml and 8 E-coli/ 100 ml. This result is puzzling because it<br />
seemed possible to distinguish levels at 6 and 1-2 coliforme bacteria in the first two spiking experiments.<br />
Furthermore, AmphiBac reports to have measured levels of 1-10 coliforme bacteria in own tests.<br />
The Coliguard apparatus has been sent to a thorough testing in order to check it for malfunctions.<br />
However, if the Coliguard isn‟t capable of distinguishing between low levels of coliforme bacteria it is<br />
very unfortunate in a Danish context, because legal limits are low.<br />
Conclusion<br />
Several incidents of contamination of drinking water with Coliforme bacteria makes it clear that there is a<br />
need for rapid methods for detection of unwanted bacteria in our drinking water.With regards to<br />
coliforme and E. coli bacteria we have obtained practical experiences with three on-line methods: Colilert<br />
18, Colifast, and Coliguard.<br />
Colilert 18 and Colifast are based on selective growth whereas Coliguard is based on measurement of<br />
enzyme activity. Selective growth techniques require a much longer time span for result delivery. In both<br />
cases it takes 18 hours to obtain a result, however, Colifast provides the option for an early warning after<br />
6 hours in case of a major contamination. Because Coliguard is based on measuring the enzyme activity it<br />
is possible to deliver a result in three hours. On the downside enzyme activity based techniques aren‟t as<br />
precise as selective growth techniques, which again only focus on a fraction of bacteria that is growth<br />
able.<br />
Colilert 18 and Colifast are used in the daily operation, and deliver steady and reliable results, and are<br />
easy to operate and maintain. Coliguard has a more advanced user interface than Colilert 18 and Colifast,<br />
which provide the user with several options for set-up.<br />
The test for whether Coliguard is able to reliable results in the low contamination level range is not<br />
conclusive. The first half of the test showed positive results whereas the last half showed negative results.<br />
In order to rule out instrument malfunctions the instrument is in for a thorough inspection which will be<br />
done before the conference presentation.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 113
References<br />
T.Garcia-Armisen, P.Lebaron and P. Servais. (2005). Β-D-glucuronidase activity assay to assess viable Escheria coli<br />
abundance in freshwaters. Letters in Applied Microbiologi, 40, 278–282.<br />
I.Tryland, I.D Samset, L. Hermansen, J.D Berg and H. Rydberg. (2001). Early warning of faecal contamination of<br />
water: a dual mode, automated system for high- (< 1 hour) and low-levels (6-11 hours). Water Science and<br />
Technology, Vol 43 No 12, 217–220.<br />
I.Tryland, S. Surman and J.D. Berg (2002). Monitoring faecal contamination of the Thames estuary using a<br />
semiautomated early warning system. Water Science and Technology, Vol 46 No 3, 25-31.<br />
Niemela, SI, Lee, JV & Fricker, CR (2003) A comparison of the International Standards Organisation reference<br />
method for the detection of coliforms and Escherichia coli in water with a defined substrate procedure. Journal.<br />
of Applied Microbiology, 95, 1285 - 1292.<br />
J.S Hall, J.G Szabo, S. Panguluri, G. Meiners (2009) Distribution System Water Quality Monitoring: Sensor<br />
Technology Evaluation Methodology and Results. U.S. Environmental Protection Agency,EPA 600/R-09/076 ,<br />
October 2009<br />
Storey MV, van der Gaag B, Burns BP (2011), Advances in on-line drinking water quality monitoring and early<br />
warning systems.Water Reseach, 45 (2), 741-747<br />
EN ISO 9308-1 (2001) Water quality – Detection and enumeration of Escherichia coli and coliform bacteria – Part 1:<br />
membrane filtration method. DS/EN ISO 9308-1<br />
114 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Effekten av forbedret vannbehandling i Oslo på mikrobiologisk<br />
vannkvalitet i distribusjonssystemet for drikkevann<br />
Lars J. Hem * , Vidar Lund ** , Mary Anderson-Glenna *** , Ida Skaar ****<br />
* SINTEF, Oslo, Norge, lars.hem@sintef.no<br />
** Folkehelseinstituttet, Oslo, Norge, Vidar.Lund@fhi.no<br />
*** Folkehelseinstituttet, Oslo, Norge, mjanderson19@yahoo.co.uk<br />
**** Veterinærinstituttet, Oslo, Norge, ida.skaar@vetinst.no<br />
Abstract.<br />
In 2008 the new Oset water treatment plant in Oslo, serving almost 0.5 million people, was set in<br />
operation. While the old plant mainly consisted of chlorination, the new plant include NOM removal, UVdisinfection<br />
and corrosion control.<br />
The presence of moulds as well as the possible presence of opportunistic pathogenic bacteria in the<br />
distribution system has been a concern for the waterworks in Oslo for some time. As a result they wanted<br />
to know the impact of the extended treatment on the microbial community in the system. The results<br />
presented here are the main outcome of measurements performed to clarify this effect.<br />
ATP was measured according to a bioluminescence method.<br />
Mould was enumerated according to a Norwegian standard method (NS 4716) by filtering, incubated for<br />
up to two weeks.<br />
DNA was extracted from water samples concentrated by filtration. Bacterial community diversity was<br />
examined using two methods targeting the 16s rRNA gene. Cloning and sequencing was used to identify<br />
bacterial species within the samples and a fingerprinting technique, Terminal Restriction Fragment Length<br />
Polymorphism (TRFLP), was used to examine the bacterial community structure and variation between the<br />
plant outlet and one sampling point in the distribution system<br />
The ATP in the water in the distribution system decreased with 75-90 % as a result of the new<br />
treatment. The mould content decreased from 10-20 colonies/100 mL to zero after the start-up of the new<br />
plant. The effect of the treatment was considerable on the quantitative micro-biological content both in the<br />
water delivered from the plant and in the distribution system.<br />
As opposed to previous findings the mould content in the drinking water from the old plant was quite<br />
stable through the distribution system, indicating that the source was the raw water rather than growth in<br />
the pipes.<br />
Bacteria recovered from the test water belonged to 10 common freshwater bacterial Phyla of which<br />
Proteobacteria and Planctomycetes were the most abundant. Bacterial sequences closely related to the<br />
opportunistic pathogens Sphingomonas mucosissima, Janthinobacterium lividum, Delftia acidovorans, and<br />
Aquabacterium sp. were detected. The Genus Legionella was observed in all samples with clones being<br />
related mostly at the genus level.<br />
The diversity of the bacterial communities decreased by 22- 42% after the new water treatment facility<br />
came into operation, the highest decrease at the plant outlet.<br />
A change in the water treatment mainly applied in order to remove colour from NOM and to inactivate<br />
parasites also had a pronounced effect on both the quantitative and qualitative microbiology in the<br />
distribution system, with reductions in bacterial diversity, moulds and ATP.<br />
Sammendrag<br />
Det ble gjennomført kvantitative og kvalitative mikrobiologiske målinger på den delen av Oslos<br />
ledningsnett som forsynes fra Oset vannbehandlingsanlegg. Målingene ble gjennomført med det formål å<br />
klarlegge hvilken effekt det nye vannbehandlingsanlegget har på den kvantitative og kvalitative<br />
sammensetningen av mikroorganismene i drikkevannet. Effekten av den nye vannbehandlingen på den<br />
kvantitative mengden mikroorganismer i drikkevannet var både rask og tydelig. 1-2 uker etter at ny<br />
behandling var satt i drift sank mengden muggsopp til null, mens mengden ATP sank med 75-90 %<br />
avhengig av prøvepunktet. Analyseresultatene for muggsopp tilsier at med den gamle vannbehandlingen<br />
var råvannet en viktig kilde til muggsopp i drikkevannet på nettet, og at disse mikroorganismene holdes<br />
tilbake og/eller inaktiveres i det nye vannbehandlings-anlegget. Den kvalitative endringen for bakterier<br />
besto dels i at mangfoldet i bakteriesammensetningen sank etter at det nye vannbehandlingsanlegget ble<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 115
tatt i drift og dels i at enkelte opportunistiske bakterier som ble påvist i ledningsnettet med gammel<br />
vannbehandling ikke ble påvist med ny vannbehandling.<br />
Oset vannbehandlingsanlegg<br />
Dagens råvannskvalitet har et fargetall på ca. 25-30 mg Pt/l, turbiditet < 1 FNU, pH ca. 6,5, alkalitet<br />
ca. 0,1 mekv/l og kalsiumkonsentrasjon ca. 3 mg Ca/l. Det er et betydelig innhold av koliforme bakterier<br />
og E.coli hver høst og sporadisk påvisning av parasittene Giardia og Cryptosporidium. Forekomstene av<br />
ulike typer virus er ikke kartlagt.<br />
Det nye Oset vannbehandlingsanlegg er bygget for å fjerne humus som gir vannet en gulbrun farge, å<br />
gi vannet en behandling som reduserer korrosiviteten overfor sement- og metallbaserte materialer og for å<br />
etablere to hygieniske barrierer mot bakterier, virus og parasitter.<br />
Oset vannbehandlingsanlegg omfatter vannbehandling, slambehandling samt behandling av<br />
rejektvannet før dette slippes til avløpsnettet. Flytskjema for hele anlegget er vist i figur 1.<br />
Figur 1 Flytskjema for Oset vannbehandlingsanlegg<br />
I vannbehandlingsdelen av anlegget tilsettes vannet karbondioksid, kalk som tilsettes i form av mettet<br />
kalkvann, koagulant som p.t. er den aluminiumbaserte PAX 18, mikrosand og polymer. Etter flokkulering<br />
ledes vann med fnokker inn i Actifloenheten som er en lamellsedimenteringstank. Vannet som går ut av<br />
sedimenteringstanken har en turbiditet på i underkant av 1 FNU. Etter lamellsedimentering ledes vannet<br />
til et to-media sandfilter for fjerning av resterende partikler, og etter filteret har vannet en turbiditet på ca.<br />
0,1 FNU. Dersom turbiditeten overstiger 0,2 FNU ut av et filter stenger filteret automatisk og filteret<br />
116 Session 3: Dricksvattenkvalitet
plasseres i kø for tilbakespyling. Den delen av vannbehandlingsanlegget som utgjøres av koagulering,<br />
sedimentering og filtrering utgjør anleggets første hygieniske barriere.<br />
Filtrert vann går til UV-desinfeksjonstrinnet som utgjør anleggets andre hygieniske barriere. Det er tre<br />
lavtrykks UV-aggregater i både anlegg syd og anlegg nord, og anlegget er designet slik at ett aggregat til<br />
en hver tid er i stand-by.<br />
Etter UV-desinfeksjonen er det opplegg for dosering av natriumhypokloritt. Dette er primært tiltenkt<br />
en situasjon der forutgående behandling ikke klarer å øke vannets UV-transmisjon tilstrekkelig slik at<br />
UV-dosen blir for lav. I en slik situasjon skal vannet kloreres i tillegg. For å sikre at anlegget til en hver<br />
tid er operativt doseres små mengder natriumhypokloritt, typisk 0,1 mg Cl2/l, også når UV-anlegget<br />
fungerer tilfredsstillende.<br />
Til slutt justeres pH til ca. 8,0 med mettet kalkvann. Anlegget er designet for å kunne dosere kalk og<br />
karbondioksid til innholdet av kalsium blir 28 mg Ca/l og alkaliteten 1,2 mekv/l, men VAVs mål for<br />
rentvannskvaliteten er 17 mg Ca/l og 0,7 mekv/l.<br />
Slam fra sedimenteringen fortykkes og avvannes.<br />
Vannbehandlingsanlegget er designet for en vannproduksjon på 390.000 m 3 /d med et fargetall i<br />
råvannet på inntil 45 mg Pt/l.<br />
Innkjøringen av Nye Oset vannbehandlingsanlegg (vba) startet tidlig i 2008 og ble offisielt avsluttet i<br />
april 2009. I løpet av denne perioden ble det produsert vann vekselvis i gamle og nye Oset vba. VAV<br />
ønsket å kartlegge mikrobiologisk vekst på ledningsnettet med gamle og nye Oset vba for å få et grunnlag<br />
for å vurdere effektene av den nye vannbehandlingen på slik vekst. Vurderingene av mikrobiologiske<br />
forhold på ledningsnettet ble basert på vannprøver i stedet for biofilmvekst direkte fordi vannkvaliteten i<br />
innkjøringsperioden varierte betydelig. Dette skyldtes at det i perioder kun ble produsert vann med det<br />
gamle anlegget, i perioder kun med det nye og i perioder med en blanding av det gamle og det nye<br />
anlegget.<br />
Det tidligere vannbehandlingsanlegget på Oset besto av mikrosiling og klorering og er beholdt som et<br />
reserveanlegg dersom hele eller deler av det nye anlegget skulle falle ut. Mikrosilene har poreåpning 5<br />
µm.<br />
Materialer og metoder<br />
Prøvetaking<br />
Det ble tatt prøver av vannet i fire prøvepunkter. Disse er oppgitt under rangert ut fra vannets<br />
oppholdstid i distribusjonssystemet, beregnet ved å følge vannets vei fra rentvannsbassenget på Oset midt<br />
på dagen:<br />
• Rentvann ut fra Oset<br />
• Furulund basseng der vannet har hatt relativt kort oppholdstid (2,5 timer)i nettet<br />
• Herslebs gate 5 (H5) (oppholdstid ca. 12,1 timer)<br />
• Bygdøynesveien som er på en endeledning (oppholdstid ca. 32,5 timer)<br />
Måleperioden varte fra 01.09.2008 til 28.04.2009. Hver 4. uke ble det tatt prøver i alle 4 prøvepunkt<br />
som ble analysert med hensyn på ATP og muggsopp, samt at det ble forberedt for analyse av<br />
bakteriesammensetning ved hjelp av. terminal restriction fragment length polymorphism (TRFLP). Etter<br />
at analyseresultatene for fargetall, ATP og muggsopp forelå ble det bestemt at bakteriesammensetningen<br />
skulle bestemmes for prøvene tatt ut fra Oset og i Herslebs gate 5 03.02.2009 da gamle Oset hadde<br />
produsert alt vannet ut fra Oset i 1,5 måneder og 28.04.2009 da nye Oset hadde produsert alt vannet ut fra<br />
Oset i drøyt 2 måneder.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 117
ATP<br />
Kvantitativ bestemmelse av mengde biomasse ble utført ved analyse av vannets totale innhold av ATP,<br />
et stoff som produseres av alle levende celler. Dette inkluderer også eventuell ekstracellulær ATP som<br />
frigis når mikroorganismer dør som følge av desinfeksjon. ATP ble brukt som mål på mengde levende<br />
biomasse. Målemetoden for ATP er basert på at energien i ATP omdannes til lys med bølgelengde 562<br />
nm ved hjelp av bioluminescens. Først tilsettes reagenset NRM (nuleotide releasing reagent for microbial<br />
ATP) som ekstraherer ATP ut av cellene. Dernest tilsettes enzymet luciferin-luciferase som reagerer med<br />
ATP og omdanner dette med lys som et av produktene etter reaksjonen;<br />
Luciferin + ATP + O2 → (Luciferase) → Oxyluciferin + AMP + pyrofosfat +CO2 +lys<br />
Analyse av ATP ble gjennomført ved å måle avgivelse av lys.<br />
Muggsopp<br />
For mugganalyse ble det tatt ut tre prøver på hvert prøvepunkt. Noe av prøvemateriale ble drysset<br />
direkte på overflaten av dichloran glycerol agar 18 % (DG18)-skåler (Oxoid CM 0729) for kvalitative<br />
analyser. Prøvematerialet ble også løst i sterilt saltvann i forholdet 1:10 i 20 min før de ble fortynnet og<br />
sådd ut på duplikate skåler av DG18 fra 10 -2 til 10 -6 -fortynning. Skålene ble inkubert ved 25 °C i 7 dager<br />
plassert opp ned i ventilerte poser. Antall kolonier på skålene ble bestemt og kolonien gruppert mht<br />
kolonimorfologien. Representative kolonier ble tatt ut sekundært for identifisering på gruppe-, slekt- eller<br />
artsnivå. Det ble fokusert på kjente problemarter, både med hensyn på sensorisk kvalitetsforringelse av<br />
vann og evne til å forårsake sykdom.<br />
Bakteriesammensetning<br />
Karakterisering av bakteriesammensetningen ble gjort ved TRFLP ved hjelp av polymerase chain<br />
reaction (PCR) teknikken , og dette er nærmere beskrevet i vedlegg. Identifisering av spesifikke arter ble<br />
gjort ved å sammenligne DNA-sekvensene som ble funnet i analysen med kjente sekvenser fra ulike<br />
bakterier, som finnes i internasjonale ”DNA-sekvens” databaser (bibliotek). Det ble fokusert på arter som<br />
kan være opportunistisk patogene.<br />
I forbindelse med oppfølgingen av driften av det nye vannbehandlingsanlegget på Oset tok VAV<br />
daglige analyser av ledningsevne, pH og fargetall.<br />
Vanntemperaturen er en parameter med stor betydning for biologisk vekst. Temperaturen i vannet som<br />
ble levert fra Oset vba ble registrert samtidig med prøvetaking.<br />
RESULTATER<br />
Hvilken vannbehandling en hadde på ulike tidspunkt i måleperioden illustreres best ved fargetallet på<br />
rentvannet, som derfor er inkludert i enkelte av figurene under.<br />
ATP<br />
Resultatene fra måling av ATP er vist i figur 2-3.<br />
118 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Figur 2 Resultater fra måling av ATP (x-aksen angir dato og Y-aksen angir ATP-innholdet i vannet)<br />
Effekten av den nye vannbehandlingen på innholdet av ATP i vannet både ut fra Oset og i<br />
distribusjonssystemet var stor, med en reduksjon i innholdet av ATP på 80-90 %. Den store reduksjonen i<br />
ATP på rentvann fra Oset etter endringen i vannbehandlingen tilsier at det er mikroorganismer som<br />
tidligere passerte behandlingsanlegget som nå holdes tilbake. Det må imidlertid understrekes at rett etter<br />
klorering i det gamle behandlingsanlegget kan det ha vært betydelige mengder ekstracellulær ATP i<br />
vannet. Ved desinfeksjon av råvann frigjøres ATP fra de inaktiverte organismene mens den nye<br />
behandlingen gjør at det meste av mikroorganismene fjernes fysisk før desinfeksjonstrinnet. Ergo kan<br />
reduksjonen i mengden levende mikroorganismer som følge av ny vannbehandling være mindre enn<br />
reduksjonen i mengde ATP. Effekten av ekstracellulær ATP burde imidlertid være liten ute i<br />
endeledningen på Bygdøy.<br />
Figur 3 Midlere innhold av ATP i perioder med ny og tidligere vannbehandling (x-aksen angir prøvepunkt<br />
rangert med økende oppholdstid for vannet i ledningsnettet og Y-aksen angir innholdet av ATP i vannet)<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 119
Med den tidligere vannbehandlingen var det en reduksjon i innholdet av ATP som funksjon av<br />
oppholdstiden i ledningsnettet, noe som også tidligere er målt i ledningsnettet som forsynes fra Oset<br />
(Hem, 2001). Dette indikerer en viss utdøing av mikroorganismer, eventuelt kombinert med nedbrytning<br />
av ekstracellulær ATP. Med ny vannbehandling ble det ikke påvist noen slik reduksjon som funksjon av<br />
oppholdstiden i nettet, noe som kan skyldes det svært lave innholdet av ATP som i utgangspunktet var i<br />
vannet ut fra Oset.<br />
Muggsopp<br />
Resultater fra analyse av muggsopp er vist i figur 4-5.<br />
Figur 4 Resultater fra kvantitativ analyse av muggsopp (x-aksen angir dato og Y-aksen angir antall<br />
muggsoppkolonier i vannet)<br />
De påviste mengder av muggsopp i alle prøver er lavere enn det en erfaringsmessig kan forvente å<br />
finne i drikkevann. Med det gamle behandlingsanlegget i drift, dvs. i januar og februar, var det en tydelig<br />
forekomst av muggsopp, mens det med det nye anlegget i drift, dvs. i mars og april, ikke ble påvist noen<br />
slik forekomst. Denne store effekten av den nye vannbehandlingen på mengden muggsopp i alle<br />
prøvepunktene viser at muggsopp i hovedsak stammer fra råvannet og ikke som tidligere antatt også i<br />
betydelig grad fra vekst på nettet. Av de påviste muggsoppene er det spesielt Aspergillus som er<br />
(opportunistisk) patogene, mens både Penicillium og svartsopp har et allergent potensiale.<br />
Skaar og Østensvik (2005) undersøkte muggsopp i råvann og rentvann fra Oset og Skullerud og<br />
konkluderte med at mens reduksjonen pga. den tidligere vannbehandlingen på Oset var marginal<br />
reduserte vannbehandlingen på Skullerud, vannbehandlingsanlegget som forsyner ca. 10 % av Oslo og<br />
som har en vannbehandling bestående av koagulering, direktefiltrering og klorering, mengden med drøyt<br />
80 %. Resultatene av målingene i 2008 og 2009 bekrefter at koagulering og partikkelseparasjon fjerner<br />
muggsopp effektivt. Mengden muggsopp som ble påvist i vannet i perioder med det gamle<br />
vannbehandlingsanlegget i drift i 2008 og 2009 var i samme størrelsesorden som det som er rapportert av<br />
Skaar og Østensvik (2005).<br />
120 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Figur 5 Midlere mengde muggsopp i perioder med ny (24.02.2009 – 30.04.2009) og tidligere (18.12.2008<br />
– 17.02.2009) vannbehandling (x-aksen angir prøvepunkt rangert med økende oppholdstid for vannet i<br />
ledningsnettet og Y-aksen angir antall muggsoppkolonier i vannet)<br />
Med den tidligere vannbehandlingen var det noe reduksjon i mengden muggsopp som funksjon av<br />
oppholdstiden i ledningsnettet. Dette indikerer en viss utdøing av muggsopp. Med ny vannbehandling ble<br />
det ikke påvist muggsopp i drikkevannet i noen av prøvepunktene i perioden februar til april 2009 og bare<br />
unntaksvis i periodene med ny vannbehandling før desember 2008.<br />
Slektsdiversiteten endret seg lite som funksjon av oppholdstiden i ledningsnettet. Når resultatene tyder<br />
på at det er råvannet som er hovedkilden til muggsopp så er ikke den relativt stabile artssammensetningen<br />
i prøver tatt på samme dag overraskende.<br />
Bakteriesammensetning<br />
Prøvene fra Herslebs gate 5 og utløpet fra Oset tatt med henholdsvis det gamle anlegget og det nye<br />
anlegget i drift ble analysert med hensyn på bakteriesammensetning. Målingene viste at mangfoldet i<br />
bakteriesammensetningen var 30-70 % større med det gamle anlegget i drift enn med det nye både ut fra<br />
Oset og i Herslebs gate. Med det gamle anlegget i drift var mangfoldet like stort i de to prøvepunktene<br />
mens med det nye anlegget i drift var mangfoldet større i Herslebs gate enn ut fra Oset. Det sistnevnte kan<br />
tyde på enten at biofilmsammensetningen ledningsnettet ennå ikke var tilpasset de nye forholdene og/eller<br />
at med et relativt rent vann med lite bakterier ut fra Oset vil mangfoldet kunne øke på ledningsnettet også<br />
når veksten på nettet er tilpasset de nye forholdene. Uansett viser en økning i mangfoldet at biofilmen i<br />
ledningsnettet kan påvirke mangfoldet i kranvannet.<br />
Som nevnt tidligere ble det i denne sammenhengen lett spesielt etter arter som kan være opportunistisk<br />
patogene. Artene Sphingomonas og Legionella samt ordenen Burkholderiales ble påvist i alle prøvene.<br />
Clostridium og Mycobacterium ble kun påvist med det gamle anlegget i drift og kun i prøven fra Herslebs<br />
gate. Pseudomonas aeruginosa ble, noe overraskende, ikke påvist. Resultatene indikerer at det kan være<br />
bakterier som overlevde og/eller vokste i ledningsnettet med den gamle vannbehandlingen men ikke med<br />
den nye. Det må understrekes at dette kun er basert på én prøve i hvert punkt med henholdsvis ny og<br />
gammel vannbehandling.<br />
Resultatene fra DNA-analysene er sammenholdt med databaser for å finne de mest sannsynlige<br />
spesifikke bakteriene som var i prøven. Det er videre vurdert hvilke av disse som er rapportert å være<br />
opportunistisk patogene. Av de sistnevnte er Clostridium beijerinckii, Sphingomonas mucosissima,<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 121
Janthinobacterium lividum, Delftia acidovorans, og Aquabacterium sp. Clostridium beijerinckii var<br />
sannsynligvis i prøven fra Herslebs gate i februar, Janthinobacterium lividum og Delftia acidovorans var<br />
sannsynligvis i prøven fra Oset i april, Aquabacterium sp. var sannsynligvis i prøven fra Herslebs gate i<br />
april, mens Sphingomonas mucosissima sannsynligvis var i prøvene fra Herslebs gate og utløpet fra Oset i<br />
april.<br />
Øvrige registreringer<br />
Mikrobiologisk vekst påvirkes sterkt av vanntemperaturen. Grovt sett kan en forvente at maksimal<br />
veksthastighet for bakterier dobles når temperaturen øker med 10 grader forutsatt at det ikke er noen<br />
andre begrensninger som for eksempel tilgang på lett nedbrytbart organisk materiale. I de periodene der<br />
det var stabil drift med henholdsvis gammel og ny vannbehandling, dvs. fra slutten av desember til slutten<br />
av april, var vanntemperaturen noenlunde stabil på ca. 4 °C.<br />
Diskusjon og konklusjoner<br />
Målingene ble gjennomført med det formål å klarlegge hvilken effekt det nye<br />
vannbehandlingsanlegget har på den kvantitative og kvalitative sammensetningen av mikroorganismene i<br />
drikkevannet. Det ble tatt prøver i fire prøvepunkter som representerer ulik oppholdstid for vannet i<br />
ledningsnettet, både for å se om sammensetningen av mikroorganismene i drikkevannet endrer seg når<br />
vannet transporteres gjennom nettet og for å se om effektene av tidligere vannbehandling på<br />
sammensetningen vedvarer lenge etter at behandlingen er endret.<br />
Effekten av den nye vannbehandlingen på den kvantitative mengden mikroorganismer i drikkevannet<br />
var både rask og tydelig. Mengden muggsopp sank til null ved første prøvetaking 1-2 uker etter at det nye<br />
vannbehandlingsanlegget ble tatt i bruk, mens mengden ATP sank med 75-90 % avhengig av<br />
prøvepunktet. Den relativt største reduksjonen i ATP ble målt i utløpet fra Oset der mengden ATP også<br />
var høyest med det gamle behandlingsanlegget i drift. Den store reduksjonen i ATP på Oset etter<br />
endringen i vannbehandlingen tilsier at det er mikroorganismer som tidligere passerte<br />
behandlingsanlegget som nå holdes tilbake, men det må imidlertid understrekes at rett etter klorering i det<br />
gamle behandlingsanlegget kan det ha vært betydelige mengder ekstracellulær ATP i vannet.<br />
Analyseresultatene for muggsopp indikerer at med den gamle vannbehandlingen var råvannet en viktig<br />
kilde til muggsopp i drikkevannet på nettet, og at disse mikroorganismene holdes tilbake og/eller<br />
inaktiveres i det nye vannbehandlingsanlegget.<br />
Den kvalitative endringen for bakterier besto dels i at mangfoldet i bakteriesammensetningen sank<br />
etter at det nye vannbehandlingsanlegget ble tatt i drift og dels i at enkelte arter ikke ble påvist i<br />
prøvepunktet i Herslebs gate 5 med ny vannbehandling, mens flere andre arter ble påvist både i utløpet fra<br />
Oset og i Herslebs gate 5 med både ny og gammel vannbehandling.<br />
References<br />
Hem, L. J. (2001). Biostabilitet i drikkevannsledninger. Aquateam-rapport 03-032.<br />
Skaar I., Østensvik Ø. (2005). Muggsopp i vann fra Oset og Skullerud vannverk. 2-18. Oslo, Rapport fra Norges<br />
veterinærhøgskole og Veterinærinstituttet..<br />
122 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Mixed Bed Filtration in Surface Water Treatment<br />
Heli Härkki*, Kirsi Hiillos **, Vilja Voutilainen***<br />
* Helsinki Region Environmental Services Authority, Water Services, Box 310, FI-00066 HSY, Finland,<br />
heli.harkki@hsy.fi<br />
** Helsinki Region Environmental Services Authority, Water Services, Box 315, FI-00066 HSY, Finland<br />
*** National Board of Patents and Registration of Finland, Box 1140, FI-00101 Helsinki, Finland<br />
Abstract<br />
Helsinki Region Environmental Services Authority (HSY) provides waste and water management services<br />
for the more than one million residents of the Helsinki Metropolitan area. HSY produces drinking water at<br />
three surface treatment plants in Pitkäkoski, Vanhakaupunki and Dämman. The maximum capacity of the<br />
Pitkäkoski water treatment plant is currently approx. 1.9 m 3 s -1 , Vanhakaupunki approx. 1.5 m 3 s -1 and<br />
Dämman approx. 0.3 m 3 s -1 . According to the HSYÑs present investment strategy, operations at the<br />
Dämman water treatment plant will be closed down in the near future. However, this is only possible once<br />
the capacities of Pitkäkoski and Vanhakaupunki plants are increased.<br />
At the Pitkäkoski and Vanhakaupunki water treatment processes limewater (Ca(OH)2) and carbon dioxide<br />
are used to adjust pH and alkalinity of the water. The limewater is produced at the plants from calcium<br />
oxide (CaO). The production of limewater from burnt lime requires a lot of maintenance and the capacity of<br />
the limewater production is not sufficient for the increased need in the future.<br />
In 2009 pilot-scale experiments were conducted in order to study alkalinisation and filtration capacity of<br />
different limestones, dolomite, and mixed bed filters with limestone and sand in varied rations. The feed<br />
water came from the full-scale process and had been treated with chemical coagulation (ferric sulphate),<br />
flocculation and sedimentation. The results showed that even with a very short retention time, the pH of the<br />
filtrated water increased more in the mixed bed filters than in filters containing only limestone, while<br />
turbidity remained low. According to the results, mixed bed filter containing 1:3 Nordkalk Parfill 2/1500 and<br />
2:3 quartz sand was chosen to full scale experiment carried out at Pitkäkoski in 2010 for three months.<br />
At the full-scale study the water from the sedimentation process was led to the mixed bed filter and for<br />
comparison to a rapid sand filter. The mixed bed filter reduced particles from water significantly better than<br />
the sand filter. Reduction of organic matter was similar to the sand filter. The pH, alkalinity and hardness of<br />
the water increased as the limestone in the filter dissolved. The dissolution rate of the limestone was<br />
approx. 24 g/m 3 .<br />
The promising results supported to continue the full-scale study. A one-year full-scale study was<br />
conducted at the Dämman water treatment plant in 2010-2011 in order to collect information of the<br />
maintenance, functioning and cost-effectiveness of the mixed bed filter for a longer period of time.<br />
The studies indicate the mixed bed filtration is a realistic and cost-effective alkalinisation option in a<br />
surface water treatment process. At HSY, the next step is to plan the implementation and operation of<br />
mixed bed filtration for the clarified water of the Pitkäkoski and Vanhakaupunki water treatment plants.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 123
Introduction<br />
The Pitkäkoski water treatment plant is the largest water treatment plant in Finland, with the capacity of<br />
7000 m 3 h -1 . Pitkäkoski water treatment plant produces ca. 52 % of the total amount of the treated<br />
drinking water in the Helsinki metropolitan area. The second largest water treatment plant,<br />
Vanhakaupunki, has the capacity of 5000 m 3 h -1 which covers ca. 43 % of the total production. The rest 5<br />
% is produced at the Dämman surface water treatment plant and at two small groundwater plants. The<br />
capacities of Pitkäkoski and Vanhakaupunki will be increased to 9000 m 3 h -1 during the following years.<br />
The water treatment processes in Pitkäkoski and Vanhakaupunki are similar. The process consists of<br />
coagulation with ferric sulphate, flocculation, horizontal sedimentation, rapid sand filtration, ozonation,<br />
two-step activated carbon filtration and UV and chloramine disinfection. pH and alkalinity are adjusted<br />
with limewater and carbon dioxide. The first part of the limewater is fed after sand filtration in order to<br />
raise the pH from 4.9 to 7.3 and the second part is before the purified water is led to the distribution<br />
network, when the pH is raised from 6.9 to 8.5. (Figure 1)<br />
Figure 1 Water treatment process<br />
Limewater is produced from calcium oxide (CaO) at the plant. Lime-burning liberates carbon dioxide<br />
from calcium carbonate. Calcium oxide reacts with water producing calcium hydroxide (Ca(OH)2). The<br />
limewater production and limewater pipes at the plants require plenty of maintenance, the reacting basins<br />
for CaO and water wait to be repaired, modernized and re-sized, the capacity of clarification of limewater<br />
is insufficient for increased drinking water production and the thermal preparation of calcium oxide and<br />
alkalinisation with the combination of limewater and carbon dioxide is not an environmentally sustainable<br />
method.<br />
The aim of this work was to study whether limestone filtration could be used to replace part or all of the<br />
limewater needed with limestone. Very few studies have reported on the suitability of limestone filtration<br />
for low alkalinity surface water.<br />
The work started in 2009 with two pilot-scale studies and bench-scale studies. The pilot-scale studies<br />
were conducted at the Pitkäkoski pilot-scale water treatment plant. The work continued in 2010 in fullscale<br />
at the Pitkäkoski water treatment plant and later in 2010-2011 at the Dämman water treatment plant.<br />
Addition to a mixed-bed filter, also so called trix-filter containing limestone, sand and activated carbon<br />
was studied at Dämman. Feed water quality in Dämman differs from the quality of the one in Pitkäkoski.<br />
This paper covers the analysis of results of the pilot- and bench-scale studies and the full-scale studies at<br />
the Pitkäkoski water treatment plant. However, the operation and maintenance experiences of the<br />
Dämman full-scale studies have been taken into consideration while discussing the cost-effectiveness,<br />
maintenance and mechanical functioning of a mixed-bed filter.<br />
124 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Materials and Methods<br />
Pilot-Scale Studies at Pitkäkoski Pilot Treatment Plant<br />
The pilot-scale studies were conducted at the Pitkäkoski pilot-scale water treatment plant in two phases in<br />
2009. The pilot-scale water treatment plant has two identical process lines. The process consists of<br />
coagulation with ferric sulphate, flocculation, vertical sedimentation, rapid sand filtration + additional<br />
column for another filtration material, ozonation, activated carbon filtration and UV disinfection (Figure<br />
2).<br />
Figure 2 Process flow sheet of the pilot-scale water treatment plant<br />
Instead of producing water for the filtration process at the pilot-scale plant, the water was taken from the<br />
full-scale process. In the first pilot-scale run sand-filtrated water was led to the plant and for the second<br />
study the water for filtration was clarified water from the sedimentation process. Nothing was added to<br />
the water before filtration.<br />
The water to be filtrated was led to the additional column filled with a chosen filtration material. The<br />
inner diameter of the column was 16 cm and the height of the filter material 83 cm, giving contact time<br />
(EBCT) of 10 min per column with a flow rate 0.1 m 3 h -1 .<br />
Summary of the quality of the water to be filtrated is described in table 1 and the characteristics of the<br />
filter material are described in table 2.<br />
Table 1 The qualities of the feed waters<br />
Clarified water Sand filtered water<br />
pH 4.84 6.4<br />
Total hardness [°dH] 1.14 2.1<br />
Alkalinity [mmol/l] 0.03 0.33<br />
Turbidity [FNU] 0.91 0.12<br />
Fe [µg/l] 748 -<br />
TOC [mg/l] 2.90 2.40<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 125
Table 2 The characteristics of the filter materials.<br />
Lenght of the<br />
pilot-scale run<br />
Feed water Filter material<br />
Line 1 Line 2<br />
31.7. - 23.9.2009 Sand filtrated water Nordkalk Filtra A2 SMA Mineral calcite<br />
6.10. - 1.12.2009 Clarified water Sand 1:2 +<br />
Nordkalk Parfill<br />
2/1500 1:2<br />
- Nordkalk Filtra A2, grain size 2.0• •5.0 mm<br />
- Nordkalk Parfill 2/1500, grain size 0.5• •1.5 mm<br />
- SMA Mineral calcite, grain size 2.0• •4.0 mm<br />
- Sand from a full-scale filter, grain size 0.5• •1.0 mm<br />
Bench-Scale Study at Pitkäkoski<br />
Nordkalk Parfill<br />
2/1500<br />
The bench-scale study included nine columns. The diameter of each column was 5.3 cm. Clarified water<br />
from the full-scale process was led to the columns with flow rate 13 l h -1 /column giving contact time<br />
(EBCT) of 10 minutes. Summary of the columns in the bench-scale study is described in table 3.<br />
Table 3 The nine bench scale columns<br />
Name of the filter Description<br />
Clarified water Feed water from the full-scale process<br />
Sand Sand from the full-scale process (0.5ý 1.0 mm)<br />
1:2 sand/1:2 limestone layered Sand (0.5ý 1.0 mm), Nordkalk Parfill 2/1500 (0.5ý 1.5<br />
mm)<br />
2:3 sand/1:3 limestone mixed Sand (0.5ý 1.0 mm), Nordkalk Parfill 2/1500 (0.5ý 1.5<br />
mm)<br />
1:2 sand/1:2 limestone mixed Sand (0.5ý 1.0 mm), Nordkalk Parfill 2/1500 (0.5ý 1.5<br />
mm)<br />
1:3 sand/2:3 limestone mixed Sand (0.5ý 1.0 mm), Nordkalk Parfill 2/1500 (0.5ý 1.5<br />
mm)<br />
Nordkalk small grain size Nordkalk Parfill 2/1500 (0.5ý 1.5 mm)<br />
Nordkalk large grain size Nordkalk Filtra A2 (2.0ý 5.0 mm)<br />
SMA calcite SMA Mineral calcite from Gotland (2.0ý 4.0 mm)<br />
SMA dolomite SMA Mineral dolomite (2.0ý 4.0) mm<br />
Full-Scale Study at Pitkäkoski<br />
According to the results of the pilot- and bench-scale studies, limestone Parfill 2/1500 (1:3) mixed with<br />
sand (2:3) was chosen to full-scale study. The study was conducted full-scale at the Pitkäkoski water<br />
treatment plant. Limestone was added to a rapid sand filter. The filters have two sides that work parallel.<br />
The functioning of the mixed-bed filter was compared to the one of a rapid sand filter. The main<br />
characteristics and dimensions of the studied filters are listed in table 4.<br />
126 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Table 4 The characteristics of the studied full-scale filters<br />
The characateristics and dimensions of the studied full-scale filters<br />
Mixed-bed filter Rapid sand filter<br />
Filter material CaCO3 Nordkalk Parfill 2/1500, grain<br />
size 0.5ý 1.5 mm (1:3), quarz sand,<br />
grain size 0.5ý 1.0 mm (2:3)<br />
Quarz sand, grain size 0.5ý 1.0 mm<br />
Two-sided filters One side: widht 3,2 m x lenght 6,7 m, One side: widht 3,2 m x lenght 6,7 m,<br />
depht 3,3 m<br />
depht 3,3 m<br />
Filter bottoms Triton Nozzles<br />
Bed height<br />
Bed volume<br />
1,1 m<br />
30 m<br />
1,3 m<br />
3 + 16 m 3<br />
55 m 3<br />
Flow rate (m3/h) 290 290<br />
Surface loading rate<br />
(m/h)<br />
6.7 6.7<br />
EBCT (min) 10 12<br />
Effective contact time<br />
(min)<br />
4 4.7<br />
On line-<br />
pH, turbidity, differential pressure, turbidity, differential pressure, flowrate<br />
measurements flowrate<br />
Backwash air + water water<br />
Feed water to the full-scale process was clarified water coming directly from the settling basins. There are<br />
four sand filters for each sedimentation basin. The normal flow rate for a sand filter is approximately 120<br />
m 3 h -1 . The quality of the clarified water remains quite stable in normal process conditions. The average<br />
quality during the full-scale study can be seen in table 5.<br />
Table 5 The average quality of the feed water during the study period<br />
Feed water, clarified water from the full-scale<br />
process<br />
Temperature 3.7<br />
pH 4.9<br />
Turbidity (FTU) 1.5<br />
UV-abs. 0.11<br />
TOC (mg/l) 2.95<br />
Alkalinity (mmol/) 0.036<br />
Total hardness [°dH] 1.2<br />
CO2 (mg/l) 10.1<br />
One addition of limestone was made to the mixed bed filter during the three-month study period.<br />
Results and Discussion<br />
Pilot- and Bench-Scale Studies<br />
The results of bench-scale and pilot-scale studies were compared in order to find out which of the studied<br />
filter beds should be chosen to the full-scale studies.<br />
The examined parameters were alkalinisation capabilities, reduction of turbidity, reduction of dissolved<br />
iron and organic matter as TOC, UV absorbance and molecular size distribution and the microbiology in<br />
the filters. The alkalinisation capability means in this case the capability of the filter material to raise the<br />
pH level, total hardness and alkalinity of the treated water while the amount of CO2 in the water<br />
decreases.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 127
In the first pilot-scale run, feed water was sand-filtrated water from the full-scale process. The sandfiltrated<br />
water was led to the filters containing only limestone. In the second pilot-scale run the sand was<br />
mixed to the filter material instead of being separate filter and in comparison clarified water was led<br />
directly to a limestone filter with no sand filtration at all. The filter material and mixed bed proportions in<br />
the second pilot-scale run were selected according to the bench-scale results. The filter bed in the line 1<br />
was sand and Nordkalk Parfill 2/1500 (1:2) and in the line 2 Nordkalk Parfill 2/1500. The main results of<br />
the pilot-scale run 2 are listed in table 6.<br />
Table 6 Mixed-bed filter vs. limestone filter, feed water clarified water from the full-scale sedimentation<br />
process<br />
Feed water 1<br />
Pilot-Scale Run 2<br />
Filtered water, L1 2<br />
Filtered water, L2 3<br />
aver. aver. s aver. s<br />
pH 4.84 8.67 0.10 8.58 0.06<br />
Total hardness [°dH] 1.14 2.7 0.14 2.77 0.14<br />
Alkalinity [mmol/l] 0.03 0.58 0.04 0.60 0.05<br />
Turbidity [FNU] 0.91 0.10 0.03 0.10 0.04<br />
Fe [µg/l] 748 41 26 30 19<br />
Fe-reduction [%] 94.2 3.7 95.8 2.9<br />
TOC [mg/l] 2.90 2.67 0.25 2.75 0.26<br />
1 Clarified water from the full-scale process<br />
2 Sand and Nordkalk Parfill 2/1500<br />
3 Nordkalk Parfill 2/1500<br />
Summary of the pilot- and bench-scale results:<br />
- Mixed bed filters raised the pH level, total hardness and alkalinity the same or a bit more when<br />
compared to filters containing only limestone<br />
- Mixing the sand to the limestone gave higher pH, total hardness and alkalinity when compared<br />
to keeping the materials separate (sand filtered water + limestone filter)<br />
- The turbidity reduction was better for clarified water both in the mixed bed filter and in the<br />
limestone filter when compared to the sand filtrated water<br />
- Fe-reduction for clarified water was excellent both in the mixed bed and in the limestone filter<br />
- For TOC-removal, sand filtration gave the best results. Mixed bed filters removed more TOC<br />
and UV absorbance than limestone filters<br />
- The bench-scale studies indicated that the 1:3 proportion of sand in a mixed bed is sufficient,<br />
raising the sand amount didn••t show any significant improvement in the treated water quality<br />
- The type and grain size of the limestone had an effect on the treated water quality. Nordkalk<br />
Parfill 2/1500 with grain size 0.5• •1.5 mm gave the best results for the majority of the analysed<br />
parameters<br />
According to the results the best choice to continue in full-scale would be the mixed bed filter: sand and<br />
Nordkalk Parfill 2/1500, where the amount of limestone is either 33 % or 50 %.<br />
Full-Scale Studies<br />
The full-scale studies at Pitkäkoski water treatment plant were conducted for a three months period while<br />
the temperature of the raw water remained below + 4 C. The mixed-bed-filter removed turbidity and Fe<br />
significantly better when compared to the traditional rapid sand filter. The results are shown in the figures<br />
3 and 4.<br />
128 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Figure 3 Turbidity before and after mixed-bed-filtration and sand filtration + limewater alkalinisation<br />
Figure 4 Fe-residual before and after mixed-bed-filtration and sand filtration + limewater alkalinisation<br />
The pH of the clarified water is approximately 5 and the iron is dissolved in the water. The results<br />
indicate that while the alkalinity and pH of the water increases in the mixed bed filter, the iron is<br />
precipitated and thus the alkalinisation enhances the removal of dissolved iron.<br />
The results for alkalinisation were promising. During the three months period the results for treated water<br />
were as follows: pH 8.5• •7.0, alkalinity 0.6• •0.4 mmol/l, total hardness 3.0• •2,3 °dH. The quality of the<br />
feed water is described in table 5. Limestone was added once during the three months period.<br />
The mixed-bed-filter removed highly conjugated organic compounds, which absorb UV light, better and<br />
in a more stable fashion when compared to the traditional sand filter but in TOC removal the reduction<br />
level was the same or slightly smaller.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 129
The microbiological quality of the filter media was analysed before adding the limestone to the filter by<br />
using heterotrophic plate count with R2A agar. The results were below the detection limit. The<br />
microbiological quality of the filtrated water was analysed twice a week with R2A plate count. The results<br />
remained continuously below 100 pmy/ml. At the end of the study the levels started to rise. This can be<br />
explained by the precipitate accumulated slowly to the filter that could function as a medium of growth<br />
for microbes. The microbial growth in the filter was not considered a problem as the ozonation process<br />
follows the mixed-bed filtration.<br />
The true measured consumption of limestone was 24 g/m 3 and the theoretical calculated consumption was<br />
20 g/m 3 . The mixed-bed filter held turbidity well and needed back-washing less frequently than the sand<br />
filter. The sand filter was back-washed at least twice as frequently. However the sand filter didn••t have<br />
the air-washing possibility. At Dämman full-scale studies the time between filter washing was 72 h for a<br />
sand filter and 110 h for a mixed-bed filter. Air-washing was possible for both of the filters.<br />
The CaCO3 content of limestone Parfill 2/1500 is 94,4 % and the content of insoluble substances is 5,1 %.<br />
This 5 % cumulates to the filters and functions as a mechanical filter material but needs to be removed<br />
from the filter at regular intervals.<br />
The back-washing sequences of the mixed-bed filters need further investigation. In the Dämman fullscale<br />
study the limestone loss calculated as Ca 2+ ions was approximately 2-4 kg during backwash.<br />
The cost-effectiveness of the mixed-bed filtration was calculated during the Dämman full-scale study.<br />
The calculations indicated the total alkalinisation costs would be lower than those of the currently used<br />
process. However the realization of the total cost savings can only be seen as the consumption, delivery<br />
and operation methods will be clarified.<br />
A carbon footprint for burnt-lime, CaO, is 1400 kg CO2/t while for limestone, CaCO3, it is only 17 kg<br />
CO2/t. The main proportion of the discharge in CaO process comes from the burning process (94 %). For<br />
limestone the discharge in preparation is 49 %, the rest comes from transport.<br />
Future of the mixed-bed filtration at HSYÑs water treatment plants<br />
The mixed-bed filtration is the most promising option for the main alkalinisation method of the<br />
Pitkäkoski and Vanhakaupunki water treatment plants in the near future.<br />
The following steps will be the planning of the storage and delivery systems of limestone to the sand<br />
filters as well as the operation of the mixed-bed filtration as a part of a water treatment process. Optional<br />
chemical for the pH adjustment of the purified water in the last water treatment step (figure 1) is under<br />
discussion.<br />
One mixed-bed filter has been currently taken into use at Pitkäkoski water treatment plant in order to<br />
collect continuous information of the filtrated water quality as well as the mechanical operation of the<br />
filter and filter bed. It also allows piloting the most promising delivery systems.<br />
References<br />
Voutilainen, V. 2010. Kalkkikivisuodatus pintaveden käsittelyssä. Diplomityö.<br />
Aaltoyliopisto, Kemian ja materiaalitieteiden tiedekunta. Espoo.<br />
Zolas, S. (2010). Mixed-bed-suodatus osana vedenpuhdistusprosessia. Diplomityö. Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden<br />
ja arkkitehtuurin tiedekunta. Helsinki.<br />
Zolas, S. (2011). Suodatintutkimus Dämmanilla. HSY:n sisäinen tutkimusraportti. Helsinki.<br />
130 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Dricksvattenkriser berör oss alla!<br />
Per-Erik Nyström * , Eva- Marie Abrahamsson ** ,, Christina Nordensten *<br />
* Livsmedelsverket, per-erik.nystrom@slv.se<br />
** konsult AKRAB, emma@akrab.se<br />
Abstract: Drinking water is an essential provision everyday for man. When something goes wrong with the<br />
drinking water supply, time is always scarce and social crisis at hand. It is therefore important that all who are<br />
responsible for the acute management of drinking water crises can interact effectively to minimize damage to the<br />
environment, health and economy.<br />
In 2011, the National Food Agency (NFA) undertook a program of training and discussion for emergency<br />
response personnel from police, emergency services, drinking water providers and environmental agencies. The<br />
training created a common knowledge base about drinking water importance and vulnerability and enhances the<br />
capabilities of various activities around tasks in drinking water crises and improves the capability for collaboration.<br />
Since the various occupational groups (civil protection, police, environmental agencies and drinking water<br />
producers) had the opportunity to meet and educate each other, it did create greater understanding for the many<br />
existing responsibilities and skills. There are usually procedures for how contacts will be established and clarity of<br />
roles and responsibilities between these actors. In contrast, no or weak coupling between the three<br />
aforementioned players and with drinking water producer in connection with an accident and in the acute phase.<br />
This leads to very unclear roles and responsibilities and the disruption to their good crisis communications in<br />
connection with a drinking water crisis / disaster. The theoretical studies were supplemented by practical aspects<br />
through visits to a water works and a final exercise.<br />
Generally, there are always expected great things from the police at a drinking water crisis / disaster. It's a big<br />
difference between drinking water producer expectations and what the police are able to provide. Police<br />
Authority's first task is to investigate possible violations and assist the emergency services on their behalf during<br />
the emergency phase. The program has identified another key player in the drinking water crisis - SOS alarm and<br />
its importance in that they have both knowledge of water consumed and the ability to manage water crises.<br />
The local government capacity to manage water crises in collaboration with key stakeholders has been<br />
strengthened through training. The ability is interpreted as leadership ability, operational capacity and increased<br />
understanding of their responsibilities and roles. The participants themselves have estimated that this day of<br />
training has been of great benefit to them in their future work / role.<br />
När något går fel med dricksvattenförsörjningen är tiden alltid knapp och samhällskrisen nära. Det är därför<br />
viktigt att alla som har ansvar för den akuta hanteringen av dricksvattenkriser kan samverka effektivt for att<br />
minimera skador på miljö, hälsa och ekonomi.<br />
Under 2011-2013 genomför Livsmedelsverket ett antal utbildnings- och samverkansdagar för insatspersonal från<br />
polis, räddningstjänst, dricksvattenproducenter och miljökontor.<br />
Syftet med dagarna är att skapa en gemensam kunskapsbas för flera berörda aktörer inom området dricksvatten<br />
om vad som kan hända i samband med en dricksvattenkris. Att få förståelse för varandras prioriteringar, roller<br />
och terminologi i samband med dricksvattenkriser ökar möjligheterna till ett snabbt och korrekt utförande vid en<br />
akut situation. Genomförandet av dessa utbildnings- och samverkansdagar är ett led i Livsmedelsverkets satsning<br />
för att stödja kommunernas krisberedskapsarbete inom området dricksvatten. Arbetsformen för utbildningarna är<br />
ett nytt grepp som Livsmedelsverket nu provar för att höja kunskapen om dricksvatten och dess sårbarhet bland<br />
de aktörer i kommunerna som kan bli direkt berörda i samband med en dricksvattenkris.<br />
Utbildnings- och samverkansdagarna planerades av en arbetsgrupp med personer från Livsmedelsverket,<br />
Sveriges Geologiska Undersökning, (SGU), polisen, räddningstjänsten, Myndigheten för Samhällsskydd och<br />
beredskap (MSB), Nationella <strong>Vatten</strong>katastrofgruppen, (VAKA), kommuner och dricksvattenproducenter samt<br />
erfarna konsulter från Livsmedelsverkets projektverksamhet.<br />
Utbildningen skapar en gemensam kunskapsbas kring dricksvattnets betydelse och sårbarhet samt ökar<br />
kompetensen kring olika verksamheters arbetsuppgifter vid dricksvattenkriser och förbättrar förmågan till<br />
samverkan i samband med en dricksvattenkris. Genom att de olika yrkesgrupperna (räddningstjänst, polis,<br />
miljökontor och drickvatten-producenter) får tillfälle att mötas och utbilda varandra så skapas en ökad förståelse<br />
for aktörernas olika ansvar och kunskap.<br />
Den teoretiska utbildningen kompletteras med praktiska inslag genom studiebesök på ett vattenverk och en<br />
avslutande rollspelsövning. Varje yrkesgrupp föreläser i seminarieform för de andra målgrupperna om sina<br />
uppgifter och sina roller vid en dricksvattenkris.<br />
Utbildningen genomförs ute vid eller nära ett lokalt/regionalt vattenverk för att kunna genomföra ett studiebesök<br />
på vattenverket under utbildningsdagen. Många inom räddningstjänstens personal och polisens insatspersonal<br />
har aldrig besökt ett vattenverk tidigare. Utbildnings- och samverkansdagen avslutas med ett spelat scenario i<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 131
form av ett rollspel och en seminarieövning, där företrädare för de berörda yrkesgrupperna utfrågas om sina<br />
roller och prioriteringar vid en dricksvattenkris och därefter konsekvenserna av dessa beslut. Övriga deltar som<br />
publik med möjlighet att ställa frågor och diskutera svaren.<br />
Under 2011 genomfördes fem utbildningstillfällen och under 2012 planeras ytterligare fem tillfällen från Luleå i<br />
norr till Karlskrona i söder. De resultat och slutsatser som kan dras efter dessa utbildningstillfällen är att det finns<br />
bra eller mycket bra samverkan mellan räddningstjänst, polis och miljöförvaltning i samband med en<br />
dricksvattenkris/olycka under det akuta läget.<br />
De poliser som deltagit i utbildnings- och samverkansdagarna har i sina utvärderingar sagt att det varit värdefullt<br />
att få möta dricksvattenproducenten, miljökontoret, räddningstjänst och kommunens säkerhetsavdelning under<br />
en dag för att diskutera dricksvattenkriser och dess eventuella konsekvenser.<br />
Det finns vanligtvis rutiner för hur kontakter skall tas och en tydlighet i roller och ansvar mellan dessa aktörer.<br />
Däremot finns det ingen eller svag koppling mellan de tre ovan nämnda aktörerna och med<br />
dricksvattenproducenten i samband med en olycka och i det akuta skedet. Detta leder till mycket otydliga roller<br />
och ansvarsområden samt till försämrade möjligheter till god kriskommunikation i samband med en eventuell<br />
dricksvattenkris/olycka.<br />
Det har varit svårt eller mycket svårt att få deltagare från polismyndigheterna till utbildnings- och<br />
samverkansdagarna. Detta på grund av att polisen är hårt styrda av andra prioriteringar som kommer före i deras<br />
utbildningsplanering.<br />
Det har visat sig under de genomförda utbildnings- och samverkansdagar att det finns mycket stora och ibland<br />
orimliga förväntningar från dricksvattenproducenterna på polismyndigheten och vad de kan bidra med i samband<br />
med en dricksvattenkris och då framförallt vid hot eller sabotage händelser. Polismyndighetens första uppgift är<br />
att utreda eventuellt brott och biträda räddningstjänsten i deras uppdrag under räddningstjänstskedet.<br />
Polismyndigheterna måste prioritera hårt bland de uppdrag de ska ut på och därför är det av största vikt att<br />
larmningen sker på rätt sätt.<br />
Dessa utbildnings- och samverkansdagar har identifierat en sedan tidigare ganska anonym aktör i dessa<br />
sammanhang – SOS-alarm. Den larmoperatör som tar emot larmen, följer ett räddningsindex som styrs av<br />
kommunens räddningstjänst enligt avtal. Det innebär att det är extra viktigt vad som sägs vid larmningen i<br />
samband med den här typen av olyckor/händelser. Larmoperatören ställer frågor till den som larmar enligt sitt<br />
räddningsindex och finns där inga kontrollfrågor avseende drickvatten eller vilka konsekvenser händelsen kan få<br />
för drickvattnet kommer sannolikt inte dricksvattenproducenten att larmas i ett akutskede.<br />
Det är av yttersta vikt att de olika berörda aktörerna har både kunskap avseende dricksvatten och förmåga att<br />
hantera dricksvattenkriser i ett akutskede.<br />
En reflektion från alla fem utbildnings- och samverkansdagarna och dess övningar är att räddningstjänsten<br />
snabbt larmas ut av SOS-alarm och är snabbt på plats vid en olycka. Polismyndigheten likaså, därefter larmas<br />
miljöförvaltning ut till olycksplats av räddningstjänsten eller polisen, då det ingår i deras ordinarie rutiner – men<br />
inte någon larmade eller diskuterade att snabbt informera dricksvattenproducenten om händelsen!<br />
Vanligtvis finns inte dricksvattenproducenten ute i ett akutskede som räddningstjänst, polis och<br />
miljöförvaltningen gör – Beror detta på kunskapsbrist hos de aktuella aktörerna, ett struktur- och<br />
organisationsmisstag - blir det så här i verkligheten eller är detta bara ett övningsfenomen?<br />
Kunskapen och resultaten av dessa utbildnings- och samverkansdagar kommer att användas i andra av<br />
Livsmedelverkets pågående projekt- Aktörsprojektet. Ett projekt som innebär att ta fram ett verktyg/App för<br />
berörda aktörer i samband med en dricksvattenkris. Verktyget/Appen skall anpassas för att på ett enkelt och<br />
snabbt sätt underlätta dels det akuta agerandet och hanteringen, dels den mer förberedande planeringen för att<br />
förhindra en dricksvattenkris.<br />
Sammanfattningsvis: Den kommunala förmågan att hantera dricksvattenskriser i samverkan med viktiga aktörer<br />
kan anses ha stärkts genom utbildningarna. Förmågan tolkas då som både ledningsförmåga, operativ förmåga<br />
och ökad kunskap om varandras ansvarWater quality modelling, monitoring and microbial source tracking och<br />
roller. Deltagarna själva har gjort bedömningen att denna utbildnings- och övningsdag har varit till stor nytta för<br />
dem i deras fortsatta arbete/roll<br />
132 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Increased insight in microbial processes in rapid sandfilters in<br />
drinking water treatment (DW BIOFILTERS)<br />
Hans-Jørgen Albrechtsen*, Arda Gülay*, Carson Lee*, Karolina Tatari*, Katie Lin*, Sanin<br />
Musovic*, Philip J. Binning*, Barth F. Smets*, Rasmus Boe-Hansen**, Peter Borch<br />
Nielsen**<br />
* DTU Environment, Technical University of Denmark, Department of Environmental Engineering,<br />
Bygningstorvet, Building 115, 2800 Kgs. Lyngby, hana@env.dtu.dk.<br />
** Krüger A/S, Gladsaxevej 363, DK-2860 Søborg<br />
Abstract. The aim of this research project is to improve our knowledge on biological rapid sand filters as<br />
they are present in thousands groundwater based water works. This includes molecular investigations of<br />
the microorganisms responsible for the individual processes (e.g. nitrification); and detailed monitoring and<br />
experiments in the filters and laboratory to provide insight in the process mechanisms, kinetics and effect<br />
of environmental factors. Management of the filters (e.g. backwashing, flow rate, carrier type) will be<br />
investigated at pilot and full scale, supported by mathematical models. The sustainability and climate<br />
friendliness are evaluated by life cycle assessment (LCA). Molecular methods based on qPCR are being<br />
developed and implemented to quantify bacteria in different functional groups, such as those responsible<br />
for nitrification. This allows for development of diagnostic tools to detect if essential or core members are<br />
present or absent in a malfunctioning filter. It is meaningful to optimize the management of the filter only if<br />
they are present at relevant concentrations. Furthermore, to get insight in the complexity of the microbial<br />
community, the full microbial community is being investigated by deep sequencing. This will also contribute<br />
to a verification of whether the selected qPCR probes include all important groups. Filters from three water<br />
works have been sampled and are currently being processed to investigate depth profiles and horizontal<br />
variation in filters. Assays for essential microbial processes such as nitrification and oxidation of<br />
manganese are currently being established. They will provide identification of controlling parameters, bottle<br />
necks or inhibition of microbial removal of the bulk compound and the effect of filter management. Finally,<br />
a pilot plant has been established at Islevbro Water Works (operated by Copenhagen Energy) with<br />
material from the full-scale afterfilter. After validation that the pilot plant is mimicking the full scale filter, it<br />
will be used to investigate processes at larger scales such as backwashing procedures and effect of<br />
increased load of e.g. ammonium, manganese and ferrous iron. This filter will also be used to validate the<br />
mathematical models build for the biological filters at full scale.<br />
Introduction<br />
Thousands of groundwater based waterworks in Denmark and across Europe are using biological rapid<br />
sand filters. These filters should be seen as bioreactors where microbial processes (removal of e.g.<br />
ammonia, manganese, ferrous iron, methane, sulfides and natural organic matter (NOM)) are more<br />
important than the simple physical straining processes. Furthermore, new observations indicate promising<br />
potentials for degradation of organic micropollutants (pesticides, MTBE, gasoline compounds and<br />
pharmaceuticals) combined with these processes.<br />
Unfortunately, most of the underlying microbial processes are poorly understood, which limits the<br />
management of the filters and which can result in start-up problems and insufficient removal of the<br />
treated compounds. The aim of this research project is to improve our knowledge on the biofilters by<br />
molecular investigations of the microorganisms responsible for the individual processes (e.g.<br />
nitrification); and by detailed monitoring and experiments in the filters and laboratory to provide insight<br />
in the process mechanisms, kinetics and effects of environmental factors. Management of the filters (e.g.<br />
backwashing, flow rate, carrier type) will be investigated at pilot and full scale, supported by<br />
mathematical models. The sustainability and climate friendliness are evaluated by life cycle assessment<br />
(LCA).<br />
The overall objective is to improve the process stability and efficiency in drinking water production<br />
using biological (rapid sand) filters by a strong insight in the microbial processes. Scientifically, the<br />
project aims at revealing the major microbial actors and their activities in the microbial community,<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 133
understanding the microbial interaction in the microbial community, and determining the major<br />
parameters which control the presence and activity of the organisms in the technical filter system.<br />
Material and methods<br />
To investigate the density of various microbial fractions, qPCR-methods for quantification of<br />
abundances of ammonium oxidizing (AOB, AOA), nitrite oxidizing (NOB), iron oxidizing (IOB) and<br />
methane oxidizing (MeOB) microorganisms are established. In addition, PCR - DGGE methods have<br />
been established to study the diversity within the bacterial and archaeal ammonium oxidizer groups. Filter<br />
material samples have been sampled from 15 different filters from 4 different water works, and all<br />
microorganisms analyzed for have been detected. A significant presence of archaeal ammonium oxidizers<br />
was observed.<br />
Bioassays have been established to measure microbial manganese oxidation and nitrification –<br />
one based on a batch setup approach and one based on column approach. Both processes have been<br />
detected and with rates in the laboratory that are similar to what can be estimated at full scale filters.<br />
A mathematical model describing the hydraulics, the influence of iron precipitation on<br />
clogging, and nitrification processes in rapid sandfilters is under development using Multiphysics and<br />
MATLAB. The Krüger pilot plant (container–size) has been installed at Islevbro waterworks with filter<br />
material from the filters and coupled to the raw water also supplying the full-scale filter. The pilot plant is<br />
now in operation and under calibration, with the purpose of validating that it can mimic full scale.<br />
Overall the experimental conditions (selection of water works, major processes, validation and<br />
implementation of analytical methods and experimental setups) are in place and the project is now<br />
producing results.<br />
Results and discussion<br />
The project has 3 main working areas: 1) The presence of the right organisms; 2) Process<br />
understanding; and 3) Process optimization, evaluation and mathematical modeling at pilot- and full-scale<br />
level. The aims of these working areas and preliminary results are presented below.<br />
Presence of the right organisms<br />
The overall purpose of this WP is to develop, implement and apply tools to investigate if, and at what<br />
concentration, and with which diversity the expected microorganisms are present in the rapid sand filters,<br />
– e.g. if nitrifiers are present in a filter which should remove ammonium (NH4 + ) . We are investigating the<br />
density and diversity of the relevant microorganisms, and link this to groundwater quality, season, and the<br />
type, operation, and performance of the filters. The underlying hypothesis is that a certain core set of<br />
microorganisms have to be present at a sufficient density in order for the filter to function optimally.<br />
To investigate the variability and how to get representative samples for microbial<br />
investigations , samples of filter material have been collected from 3 waterworks – Islevbro, Sjælsø (with<br />
two different treatment plants) and Langerød (Holbæk with two unequally performing lines). This<br />
investigation aims to document vertical (depth profiles) and horizontal variation of microbial abundance<br />
and diversity in filters. From each waterworks cores of filter material were collected from 3 filters with3<br />
replicate depth-samples across the filter area. The core samples were divided into 6 depth subsamples for<br />
DNA extraction. For pyrosequencing purposes, the core samples have only been divided into top layer,<br />
and a composite sample of remaining depth profiles.<br />
The research strategy has been to implement molecular methods based on quantitative PCR (qPCR) to<br />
detect and quantify the number of bacteria in specific functional groups responsible. This allows for<br />
development of diagnostic tools to detect if essential/core species are present in a malfunctioning filter.<br />
Only if they are present at relevant concentrations, is it meaningful to optimize the management of the<br />
filter. However, since the principle here is to test for one specific group, a broader approach (PCR -<br />
DGGE and 16S rRNA tag based pyrosequencing) is applied to verify that we are using probes covering<br />
all the relevant groups and species. This effort will also yield insight in the complexity of the full<br />
microbial community. So far, qPCR-methods for quantification of ammonium oxidizing (AOB, AOA),<br />
nitrite oxidizing (NOB), iron oxidizing (IOB) and methane oxidizing (MeOB) microorganisms have been<br />
established, as well as PCR - DGGE methods to study the diversity within the AOB and AOA groups.<br />
134 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Preliminary results are indicating that the top layers in the filters have a high bacterial content (10 9 /g<br />
drained wet weight (DWW) of filter material), with abundant AOB and NOB (fractions: 7% and 1%).<br />
Analysis of AOB amoA genes on the top surface revealed diverse amplicons (9+ bands), indicating that<br />
the group of bacterial ammonium oxidizers contains several species. With the existing primers, both<br />
Geobacter- & Lepthotrix-lineage (potential iron- and manganese oxidizing or iron-reducing bacteria)<br />
were detected in top layer (10 6 and 10 7 /g DWW). Archaeal (based on amoA) abundance and (Total)<br />
diversity varied with depth in the filters, with highest concentrations in deeper layers.<br />
The bacterial biomass - measured as extractable DNA from sand grains - varied a) within the<br />
individual filter, b) between different filters at the same waterworks, c) between different waterworks. T<br />
his heterogeneity is currently being analyzed. Pre-filters contain more biomass than post-filters at the two<br />
examined plants at Sjælsø waterworks.<br />
Process understanding<br />
The overall purpose of this WP is to investigate controlling parameters for nitrification and<br />
iron/manganese removal, with emphasis on 1) kinetics; 2) interaction and inhibition of other compounds;<br />
3) interaction with other microorganisms e.g. grazing by protozoan; 4) effect of carrier or support<br />
material; 5) Co-metabolic removal of organic micropollutants (e.g. pesticides and pharmaceuticals).<br />
Nitrification<br />
Initially a batch set-up was tested based on continuous monitoring of oxygen consumption as<br />
surrogate for ammonia oxidation. Filter material and water from the reference waterworks were<br />
investigated in this set up at 10°C, and to prevent mass transfer limitations the batch was continuously<br />
stirred. Unfortunately oxygen uptake was not sensitive enough to give robust results and repeated spiking<br />
with ammonium revealed a decrease in ammonium oxidation rates, probably due to physical damaging<br />
the filter coating during the stirring and therefore this approach was abandoned. Instead a column setup<br />
with continuous flow has now been developed and this set up is equipped with a new ammonium<br />
electrode allowing for continuous monitoring of the ammonium concentration. This approach is showing<br />
promising results. Several trace experiments have revealed reproducible breakthrough curves verifying<br />
consistent hydraulic conditions in the system.<br />
Investigations and sampling at the waterworks is providing data on nitrification at full scale level. An<br />
in situ multilevel sampler has been installed in the filter at Islevbro waterworks allowing us to follow the<br />
ammonium concentration over depth and estimate nitrification rates - to be compared with batch<br />
investigations. Preliminary results indicate that nitrification is predominantly occurring in the top of the<br />
filter.<br />
Manganese removal<br />
A bacth set-up has been set up to investigate for manganese removal. The first period has focused on<br />
measuring methods to be able to distinguish between the different redox stages of manganese. A<br />
combination of either ICP or AAS and a spectrophotometric method based on a reaction with<br />
leucoberbelin is now established. In combination with acid extractions of the sediment these methods can<br />
also be used to characterize the coatings of the sediment. Another aspect has been to identify approaches<br />
to distinguish between microbial Mn-oxidation and autocatalytic oxidation – and high dosages of sodium<br />
azide seem to be most effective to create abiotic conditions. It has been surprisingly difficult to inhibit the<br />
microbial activity in manganese oxidation and thus to distinguish between microbial and autocatalytic<br />
oxidation with the filter material investigated so far.<br />
Preliminary results from batch investigations performed with filter material collected from different<br />
filter depth show decreasing manganese removal from the water phase down through the filter. Microbial<br />
manganese removal is occurring, but the autocatalytic oxidation appears to be relatively high whereas<br />
sorption seems limited. Investigations of the effect of ammonium and iron on the manganese oxidation<br />
showed that ammonium (alone) had no clear effect on manganese removal at investigated concentration,<br />
but iron (alone) has a negative effect on manganese removal (at least below upper layer). There was no<br />
detectable effect of interaction between iron and ammonium on manganese removal.<br />
Investigations and sampling at the waterworks is providing data on manganese removal at full scale<br />
level. An in situ multilevel sampler has been installed in the filter at Islevbro waterworks to monitor the<br />
concentration of dissolved manganese over depth and to estimate oxidation rates. The field test results are<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 135
compared with batch investigations. Preliminary results indicate that manganese removal is<br />
predominantly occuring in the top of the filter. Some of the water supply partners have experienced that it<br />
can be very difficult to start manganese removal in new water filters and that microbial processes are<br />
essential in that phase.<br />
Degradation of pesticides<br />
Pesticide degradation experiments have been performed in batch investigation with filter material from<br />
Islevbro waterworks and the two plants at Sjælsø waterworks. The investigated four pesticides (MCPP,<br />
bentazone, Glyphosate and 4-nitrophenol showed removal (10-90% after 5 hours) with filter material<br />
from all plants, but mineralization was only observed with filter material from Sjælsø waterworks. It is<br />
particularly interesting that bentazone are microbially degradable in rapid sandfilters.<br />
Process optimization, evaluation and mathematical modeling at pilot- and full-scale level<br />
The overall purpose of this WP is to integrate the knowledge achieved from the other WP’s at the large<br />
scale and to evaluate the environmental sustainability of the process. Since hydraulic aspects are scale<br />
dependent, the management of filters will be investigated at various scales. The investigations will<br />
include the effect of hydraulic conditions on filter performance, such as filter velocity, residence time,<br />
and stagnation of water in the filters. Another aspect to be investigated is the importance of operational<br />
parameters on the biomass distribution with depth, e.g. backwashing (intensity/frequency and<br />
air/air+water/water), shifts in the combination of raw water, stagnation of the water in the filters and the<br />
load on the filters. These investigations will be based on spatial microbial profiling, mass balance<br />
measurements and tracer studies.<br />
The activities in this WP will include investigations in some of the involved water supplies sand filters<br />
at large scale, and investigations at pilot scale at the partner Krüger A/S’ pilot plant.<br />
To integrate the knowledge, a mathematical model for biological sand filters will be established using<br />
the modeling tools Multiphysics and MATLAB. The models will implement the process understanding<br />
obtained in WP2 (including kinetic parameters, load/performance relationships) and results from the large<br />
scale investigations and modeling may give a feedback to WP2 in term of further investigation of<br />
identified bottlenecks.<br />
A mathematical model describing the hydraulics, the influence of iron precipitation on clogging, and<br />
nitrification processes in rapid sandfilters is under development.<br />
The Krüger pilot plant (container-size) has been installed at Islevbro waterworks (reference<br />
waterworks), established with filter material from the waterworks filters and coupled to the raw water<br />
also supplying the ‘real’ filter. The pilot plant is now in operation and under calibration, with the purpose<br />
of validating that it can mimic full scale filter perfomance. The setup has been equipped with automatic<br />
sampling by on-line sensors of the inlet and outlet of each of the two pilot columns (flow, pressure,<br />
temperature, dissolved oxygen, electrical conductivity, and turbidity). Data are collected by using<br />
software lab view, allowing data access, monitoring and control over the internet. Water and filter<br />
material have been collected at various locations in the column allowing for comparisons with similar<br />
measurements in the ‘real’ filter. Once it is shown that the pilot plant mimics the full scale filter, they will<br />
be used to investigate selected effects e.g. increasing load of iron at a large scale, which cannot be<br />
investigated in the real filters. This will also include the use the methods developed in WP1 and WP2.<br />
To evaluate the environmental impact and sustainability of biological rapid sand filters it will be<br />
analysed with respect to Life Cycle Assessment (LCA). This work has been initiated but the major task<br />
on this is planned to start later in the project.<br />
Societal and industry impact<br />
A close collaboration has been established with the water sector and industry to provide an efficient<br />
knowledge exchange. For example with Krüger a/s on the use and running the pilot plant, and with the<br />
water companies e.g. the use of KE A/S’ water work Islevbro for reference full scale filter, being used for<br />
sampling and monitoring. Sampling at water works among the partners is also included.<br />
Furthermore, the international industry partner – Weber – is supporting to the project by providing<br />
newly developed filter materials for investigations in the project.<br />
136 Session 3: Dricksvattenkvalitet
To optimize the interaction with industry two of the PhD’s have employees from Krüger A/S as<br />
formal co-supervisors, and exchange of students are occurring between the different partners, e.g. at<br />
KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB) in Berlin, Germany and at Gent University - UGent, Belgium<br />
Table 1 Overview of project partners.<br />
Universities and Knowledge Institutions<br />
DTU Env<br />
DTU Man (Prof Michael Hauschild)<br />
Ghent University, Department of Biochemical and Microbial Technology (Prof. Nico Boon)<br />
KompetenzZentrum WasserBerlin (TU Berlin, Berlin Wasser Betriebe)<br />
Industry<br />
Krüger A/S<br />
Weber<br />
Utilities<br />
Aarhus Vand A/S<br />
Esbjerg Forsyning A/S<br />
KE A/S<br />
Nordvand A/S<br />
Knowledge transfer<br />
DANVA<br />
It is expected that the gained knowledge will improve the companies export potential, and the<br />
obtained knowledge will be disseminated globally through scientific papers and to the national<br />
stakeholders by the Danish Water Association.<br />
This project is conducted by a dedicated, relatively small group in the water sector: one strong<br />
university, one of the major industry companies, 4 end-users (the major Danish water suppliers), and a<br />
strong international involvement: consisting of a leading university, a knowledge center and a technology<br />
supplier. The project has hired 1 postdoc and 4 PhD students.<br />
References<br />
See also http://www.dwbiofilters.dk.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 137
Tracking changes in organic carbon composition during<br />
drinking water production<br />
Lavonen, E. * , Tranvik L. ** , Gonsior, M. *** , Ansker, J. **** , Häggström, P. **** , Ericsson, P ***** and<br />
Köhler, S.J. *<br />
*<br />
Dept. of Aquatic Sciences and Assessment, Swedish University of Agricultural Studies (SLU), Box 7090,<br />
750 07, Uppsala, elin.lavonen@slu.se<br />
** Dept. of Limnology, Uppsala University<br />
*** Dept. of Thematic Studies, Water and Environmental Studies, Linköping University<br />
**** Stockholm <strong>Vatten</strong> AB<br />
***** Norrvatten<br />
Abstract. The presence of organic carbon can cause problems for drinking water production. In this study<br />
samples from lake Mälaren, the raw water source for Lovö water treatment plant (WTP), were treated<br />
using flocculation with alum in bench scale experiments. Results show that concentrations of organic<br />
carbon in the treated water can be predicted with high accuracy by simple means. Furthermore, ultra-high<br />
resolution Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS) was used to<br />
investigate the organic carbon composition in samples taken from Lovö WTP. Selective removal of<br />
relatively unsaturated molecules with high oxygen to carbon ratio was seen during flocculation and after UV<br />
disinfection and chlorination a large number of new chlorinated organic compounds were detected.<br />
Introduction<br />
During the last decades increasing levels of dissolved organic carbon (DOC) in surface waters has been<br />
reported. For example, in UK lakes and streams included in the Acid Waters Monitoring Network<br />
(AWMN) there has been an average increase in DOC concentration of 91% since 1988 (Evans et al.<br />
2006). In southern Norway, WTPs experienced a doubling or even tripling in raw water color during just<br />
one decade. Furthermore, water color increased more than total organic carbon (TOC) which indicates a<br />
change in organic carbon composition (Eikebrokk et al. 2004). The production and transport of organic<br />
carbon from catchments to surface waters is a complex issue and there are multiple hypotheses aiming to<br />
explain the increased concentrations such as i) increase in runoff intensities leading to intensified carbon<br />
leaching from the top soil layer (Eikebrokk et al. 2004), ii) increase in temperature with a concurrent<br />
boost in enzymatic activities resulting in rising degradation rates of soil organic matter (SOM) in<br />
peatlands (Freeman et al. 2001), iii) CO2 mediated stimulation of primary production (Freeman et al.<br />
2004) and iv) decreased sulphur deposition affecting DOC solubility through changes in soil water acidity<br />
and ionic strength (Evans et al. 2005, Monteith et al. 2007).<br />
Removal of DOC is a key issue in drinking water production from surface waters since organic carbon<br />
may lead to i) increased color, taste and odor, ii) decreased effect of UV and chlorine disinfection as well<br />
as, in the latter case, formation of disinfection by-products (DBPs), iii) increased co-transportation of<br />
harmful substances such as heavy metals and organic pollutants, iv) fouling of membranes and active<br />
carbon filters and v) increased risk of biological regrowth in the distribution system.<br />
Results and Discussion<br />
Prediction of organic carbon removal<br />
At Lovö water treatment plant (WTP) in Stockholm, Sweden, mean annual TOC in the raw water has<br />
increased by more than 20 %, from 6.6 to 8.1 mg C L -1 , between 1995 and 2010 (Fig.1).<br />
138 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Figure 1 Total organic carbon (mg L -1 ) in the raw water of Lovö WTP from 1995 to 2010. Grey dots are<br />
single measurements while the black lines show the annual mean values.<br />
In order to investigate the ability of the current treatment process to handle the increasing levels of<br />
organic matter samples were collected at three locations in the Lovö WTP raw water source lake Mälaren;<br />
Ekoln (E) (relatively high alkalinity, color and TOC from mostly terrestrial sources), Prästfjärden (P)<br />
(lower alkalinity, color and TOC with a large contribution from autochthonous sources) and the raw water<br />
intake at the WTP (mixture between E and P) between late May and December 2011. Surface water was<br />
treated in bench scale experiments using a Kemira Flocculator with 40, 65 and 90 mg L -1 Al2(SO4)3<br />
(alum) and results show that DOC in the treated water can be predicted with high accuracy (RMSE = 0.35<br />
mg L -1 ) according to the following equation 1 (p
working on understanding the small differences in both equations which may be due to i) occurrence of<br />
particulate carbon at the intake and ii) systematic differences in alkalinity of the raw waters.<br />
Organic carbon composition<br />
To investigate potential selective removal by different treatment steps DOC extracted from full scale<br />
samples was characterized using ultrahigh resolution Fourier transform ion cyclotron resonance mass<br />
spectrometry (FT-ICR-MS) with electrospray ionization (ESI). The results show an evident<br />
discriminative reduction of molecules with high oxygen to carbon ratio (O/C) and low hydrogen to carbon<br />
ration (H/C) during flocculation with alum demonstrating a significant, selective removal of oxygencontaining<br />
and saturated compounds (p=0.05). This can be visualized using the van Krevelen diagram<br />
(e.g. Kim et al 2003) where H/C and O/C for the individual chemical formulas are plotted (Fig. 3).<br />
Furthermore, a large increase in Cl-containing formulas was detected after chlorination. 175 new<br />
CxHyOzClw where identified which as a group had a significantly lower degree of saturation demonstrated<br />
by a decrease in H/C and higher DBE (double bond equivalents) as well as significantly more oxygen per<br />
carbon (O/C) than the already present, Cl-containing organic molecules (p=0.05). Hence, there are clear<br />
indications that chlorinating water, even at the relatively low doses used in Sweden and with chloramine,<br />
leads to the formation of by-products that are chemically different from naturally formed Cl-containing<br />
molecules. We propose studying both chemical and biological reactivity of these by-products further.<br />
Conclusions<br />
Our results show that optimizing conditions during flocculation with alum leads to predictive<br />
concentrations of organic carbon after treatment which can be modeled using only alum dose and organic<br />
carbon concentration of the untreated water. These results may be used to lower chemical costs and<br />
sludge production. Furthermore, investigating organic carbon composition in detail using ultra-high<br />
resolution FT-ICR-MS demonstrates selective removal of nominal formulas with relatively high oxygen<br />
to carbon ratio and low saturation during flocculation with alum. This type of detailed information can be<br />
highly valuable when evaluating alternative treatment methods, such as membrane techniques, ionexchange<br />
and oxidation processes, for WTPs facing the challenge of less treatable, increasing levels of<br />
organic carbon in the raw water sources. Data from analysis with FT-ICR-MS also show that chlorination,<br />
even when using chloramine, leads to the formation of a multitude of chlorinated organic compound for<br />
which further studies are proposed to determine chemical and biological reactivity.<br />
References<br />
(a) (b)<br />
Figure 3 Change in relative abundance during flocculation for a) common and b) lost and produced<br />
formulas. Bubble size represents the magnitude of the change in relative abundance.<br />
Eikebrokk, B., R. D. Vogt, et al. (2004). NOM increase in Northern European source waters: discussion of possible<br />
causes and impacts on coagulation/contact filtration processes. Water Science and Technology 4, 47-54.<br />
Evans, C. D., D. T. Monteith, et al. (2005). Long-term increases in surface water dissolved organic carbon:<br />
Observations, possible causes and environmental impacts. Environmental Pollution 137, 55-71.<br />
Evans, C. D., P. J. Chapman, et al. (2006). Alternative explanations for rising dissolved organic carbon export from<br />
organic soils. Global Change Biology 12: 2044-2053.<br />
140 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Freeman, C., C. D. Evans, et al. (2001). Export of organic carbon from peat soils. Nature 412,785.<br />
Freeman, C., Fenner N., et al. (2004). Export of dissolved organic carbon from peatlands under elevated carbon<br />
dioxide levels. Nature 430, 195-198.<br />
Kim, S, Kramer, R.W., Hatcher, P.G. (2003) Graphical method for analysis of ultrahigh-resolution broadband mass<br />
spectra of natural organic matter, the van Krevelen diagram. Analytical Chemistry 75, 5336-5344.<br />
Monteith, D. T., Stoddard J.L., et al. (2007). Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric<br />
deposition chemistry. Nature 450, 537-540.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 141
Bacterial community analysis of drinking water biofilms in<br />
southern Sweden<br />
Katharina Lührig 1*,2 , Björn Canbäck 1 , Tomas Johansson 1 , Anders Tunlid 1 , Kenneth M.<br />
Persson 1,2 , Peter Rådström 1* , Lund University 1 and Sydvatten AB 2 , Sweden<br />
*Applied Microbiology, Department of Chemistry, Lund University, P.O. Box 124, SE-221 00 Lund,<br />
Sweden, katharina.luehrig@tmb.lth.se<br />
The overall objective of this project is to elucidate how changes in the quality of drinking water can<br />
be related to the quality of the incoming water and changes in the biofilm in the distribution<br />
system. Biofilms in drinking water pipes are often ignored or simplified in black-box models. But<br />
advancement in microbiological analysis can be applied to enlighten the system. A changed raw<br />
water quality caused drinking water quality problems in certain areas of the distribution system,<br />
like the occurrence of red water. Changing the raw water source can cause red water and the role<br />
of microorganisms in this process is not fully understood (Li et al, 2010). In this paper, an analysis<br />
of the bacterial community at different locations in the distribution system of Sydvatten, NSVA and<br />
VA SYD is presented. Bacterial communities in drinking water can be analyzed by high-throughput<br />
sequencing of biofilms from water meters (Hong et al, 2010). This approach is presently used to<br />
compare communities from different areas in the distribution system and to investigate their<br />
influence on the quality of water. Biofilms from water meters and pipes were sampled in March<br />
2011 at different spots of the drinking water distribution system. DNA of biofilm material from four<br />
water meters and two pipes was extracted with the FastDNA Spin Kit for Soil (MP Biomedicals) and<br />
the bacterial 16S rRNA gene was amplified using the general primers 27F and 534R (Hong et al,<br />
2010). The amplicons were pyrosequenced on a Roche 454 GS-FLX Titanium instrument. Around<br />
100 000 reads were obtained for each sample. Preliminary results showed major microbial flora<br />
differences between samples representing good and poor water qualities. Preliminary assessment<br />
of the established methodology using improved sampling, DNA extraction and DNA amplification<br />
procedures showed high reproducibility. The method is promising for an improved understanding<br />
of the microbial ecology in drinking water distribution systems and particularly useful for<br />
comparing bacterial community ecology during and after water quality change. This project is<br />
carried out as a joint venture between Lund University, Sydvatten, VA SYD and NSVA with financial<br />
support from the Swedish Water & Wastewater Association.<br />
Introduction<br />
The quality of drinking water is affected by microorganisms occurring naturally in drinking water<br />
distribution systems (DWDSs) and the natural chemical composition of the raw water (Persson, 2009).<br />
Microbial growth in DWDSs can sometimes cause problems, both for the water company, in the form of<br />
corrosion, and for the consumer, in terms of unpleasant odour or taste (Li et al., 2010; Scott and Pepper,<br />
2010). In the worst case, consumers’ health may be affected. Furthermore, deterioration in drinking water<br />
quality may have severe impact on food processing facilities and potentially upon public health (WHO,<br />
2008, Guidelines for Drinking-Water Quality; 98/83/EC, Drinking Water Directive). Conditions<br />
favourable for increased microbial growth lead to an increase in biofilm formation, which in turn may<br />
offer protection against disinfectants intended to remove pathogenic microorganisms.<br />
The quality of drinking water in the supply network is controlled by each supplier, according to the<br />
regulations on drinking water laid down by The Swedish National Food Agency. However, conventional<br />
methods of analysing organic material and nutrients are not sufficient to reveal the microbial growth that<br />
may take place in the supply network. For this reason, several laboratory methods have been developed<br />
during recent years to monitor the growth of biofilms in pipelines, directly or indirectly. The potential for<br />
growth, or the actual growth, can be measured in several ways. One indirect measure that has proved<br />
useful is active oxygen content (AOC) analysis. A part from analysing indicator organisms, traditionally<br />
only 3-day heterotrophic plate counts and 7-day slow-growing bacteria have been analysed in water<br />
142 Session 3: Dricksvattenkvalitet
supply networks. The numbers of microorganisms detected with these methods are 100 to 1000 times<br />
lower than the actual number and, at best, provide only a limited indication of the status of the biofilm. A<br />
direct method found to be successful for the detection of specific microorganisms is ribosomal RNA<br />
probes. Långmark (2004) used genetic probes to study the development of biofilms on the surface of two<br />
biofilm reactors in Norrvatten’s distribution system. Recently, bacterial communities in drinking water<br />
have been analysed by high-throughput sequencing of biofilms from water meters (Hong et al, 2010).<br />
This project is unique in that it will be possible to follow and document the changes taking place in<br />
microbial water quality in the supply network when the supply of raw water to the surface water plant,<br />
Ringsjöverket, was changed from Ringsjön to Bolmen in 2011 using classical methods and highthroughput<br />
DNA sequencing technologies. Part of the Bolmen tunnel, supplying water from the lake,<br />
collapsed in 2009 and was closed for repairs, reinforcement and inspection. During this period, drinking<br />
water was taken from the reserve supply in another lake, Ringsjön. The Bolmen tunnel was reopened in<br />
March 2011, and water from the lake was again available to about half a million consumers in western<br />
Skåne. As the quality of the water in Ringsjön and Bolmen is quite different, the changeover from<br />
Bolmen water to Ringsjö water in 2009 had several noticeable consequences, not least regarding the<br />
perceived quality of the water by consumers in the areas affected. The drinking water obtained from<br />
Bolmen appears to be stable, and there is a limited need for maintenance of the broad distribution network<br />
when Bolmen water is being distributed through it. This level of maintenance is, however, not sufficient<br />
when Ringsjö water is being used. Increased flushing of the network and monitoring and control of the<br />
residence time have become important in maintaining high-quality drinking water. The unpleasant smell<br />
and taste of the water reported by consumers is thought to be related to changes in the biofilm in the<br />
network.<br />
Results<br />
The development of biofilms in water supply networks has been studied previously, although not with the<br />
intention of actively monitoring and controlling conditions in the network. Few, if any, water utility<br />
companies use rapid DNA-based measurements to monitor the microbial quality of the water in their<br />
supply networks. In January 2011, we started to analyse the bacterial communities at different sites in the<br />
DWDS of southern Sweden in a joint venture between Lund University, Sydvatten, VA SYD and NSVA,<br />
with financial support from the Swedish Water & Wastewater Association. Seventy-four unique biofilm<br />
samples were collected in total: 47 samples before the change of the raw water source in March 2011 and<br />
so far 27 samples after the change. The bacterial community compositions of the biofilms are determined<br />
using an amplicon pyrosequencing approach (Hong et al., 2010).<br />
A protocol to extract nucleic acids from various microorganisms originating from DWDS biofilms has<br />
been evaluated (Hwang et al., 2011) and combined with a novel forensic DNA amplification protocol. In<br />
collaboration with The Swedish National Laboratory of Forensic Science (SKL), we have recently<br />
improved the success rate of forensic DNA analysis of “dirty” samples without interfering with the<br />
composition of the samples as such using pre-PCR processing principles (for a review, see Rådström et<br />
al., 2004). This method, recently established in routine analysis (Hedman, 2011), was used to generate<br />
adaptor-flanked amplicons for the Roche 454 GS-FLX Titanium instrument. In collaboration with Dr<br />
Mats Forsman at FOI, we have chosen a set of primers, already used for amplicon pyrosequencing of<br />
water meter biofilms, that targets a highly variable ribosomal RNA gene region (Hong et al., 2010).<br />
A combination of different computer programs is used for data analysis, for example, RDP, CROP and<br />
RAxML (reviewed by Zinger et al., 2011) in order to characterise the communities and construct<br />
phylogenetic trees (see Figure 1). Lunarc, the Supercomputer Centre at Lund University, operates some of<br />
the bioinformatic programs. To date, we have analysed 6 DWDS biofilm samples and 674,000 sequences<br />
at the Lund University 454/Roche DNA Sequencing Facility. Assessment of the established protocol<br />
using independent DWDS biofilm samples from similar sites showed very high reproducibility, i.e.<br />
identical sequence clusters (Lührig et al.). Alpha-, Beta- and Gammaproteobacteria together with<br />
Actinobacteria, Firmicutes and Bacteroidetes are abundant bacterial groups, reported previously (Eichler<br />
et al., 2006). Interestingly, preliminary results showed major differences in microbial flora between<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 143
samples representing good and poor water quality before the change of raw water. This is promising for<br />
an improved understanding of the microbial ecology in drinking water distribution systems, and<br />
particularly useful for comparing bacterial community ecology during and after changes in water quality.<br />
Figure 1. A phylogenetic tree showing the inferred evolutionary relationships among various<br />
bacterial species i.e. clusters, obtained from iron pipe and water meter microbial biofilm samples.<br />
Discussion<br />
The presence of unwanted microorganisms in drinking water distribution systems (DWDSs) can affect<br />
human health, and can also cause quality and safety problems in food production. The microorganisms<br />
often found in DWDS are usually attached to the inside of water pipes as biofilms, and form complicated<br />
and resistant natural ecosystems that may even protect and support pathogenic organisms. Due to limited<br />
access to adequate DWDS samples and the challenges in studying bacterial community structures, current<br />
information on the microbial diversity of biofilms in full-scale DWDSs is still limited.<br />
The goal of this project is to elucidate how changes in the quality and safety of drinking water can be<br />
related to changes in the structures of microbial communities in DWDS biofilms. The specific objectives<br />
are: (i) to study the microbial ecology of DWDS biofilms, (ii) to identify and exploit microbial<br />
biomarkers for risk assessment and quality assurance and (iii) to develop a forensic DNA profiling<br />
approach that can be used to monitor the microbiological quality of water with high-throughput capacity.<br />
The National Food Agency in Sweden recognizes that planning for long-term drinking water supply in the<br />
light of changing climate must be improved and systematized, and that research in this area needs<br />
increased support. Especially important is the review of existing barriers in water production system<br />
against microbiological water pollution. There is increasing concern about the potential effects of climate<br />
144 Session 3: Dricksvattenkvalitet
change which, with altered temperatures and more frequent intense precipitation events, may contribute to<br />
increased microbial pollution of surface raw water sources. The other increasing threat to water supply<br />
systems is that the content of humus in surface water reservoirs is increasing.<br />
At present, the analysis of water is slow and non-specific. As a consequence, pathogenic microorganisms<br />
remain undetected leading to considerable problems in terms of human illness, and the need for extensive<br />
sanitizing and water treatment, which has a negative environmental impact. Innovative and novel<br />
technology must be developed for efficient detection, evaluation and mitigation of microbial<br />
contamination of drinking water from recipient to consumer. Microorganisms can be protected by other<br />
microorganisms, and lie dormant until conditions are more favourable, when they return to their<br />
infectious state. Sediment and biofilms can act as reservoirs for infectious agents, without causing the<br />
outbreak of disease. Bearing in mind the serious consequences to society of poor-quality drinking water,<br />
it is of the utmost importance to increase our knowledge and develop methods that can be used to monitor<br />
the microbial quality of water, directly or indirectly, preferably in real time.<br />
Acknowledgment<br />
We would like to acknowledge Sydvatten, VA SYD and NSVA and the Swedish Water & Wastewater<br />
Association for financial support.<br />
References<br />
Eichler S, Christen R, Höltje C, Westphal P, Bötel J, Brettar I, Mehling A, Höfle MG (2006) Composition and<br />
Dynamics of Bacterial Communities of a Drinking Water Supply System as Assessed by RNA- and DNA-Based<br />
16S rRNA Gene Fingerprinting. Appl Environ Microb 72: 1858-1872<br />
Hedman, J. (2011) DNA Analysis of PCR-Inhibitory Forensic Samples, Doctoral thesis, Division of Applied<br />
Microbiology, Lund University<br />
Hong PY, Hwang CC, Ling FQ, Andersen GL, LeChevallier MW, Liu WT (2010) Pyrosequencing Analysis of<br />
Bacterial Biofilm Communities in Water Meters of a Drinking Water Distribution System. Appl Environ Microb<br />
76: 5631-5635<br />
Hwang C, Ling F, Andersen GL, Lechevallier MW, Liu WT (2011): Evaluation of Methods for the Extraction of<br />
DNA from Drinking Water Distribution System Biofilms. Microbes Environ. 2011 Nov 10. [Epub ahead of print]<br />
Långmark J (2004) Biofilms and microbial barriers in drinking water treatment and distribution, PhD thesis,<br />
Department of Land and Water Resources Engineering, Swedish Royal Institute of Technology (KTH)<br />
LeChevallier MW, Schulz W, Lee RG (1991) Bacterial nutrients in drinking water. Appl Environ Microbiol 57: 857-<br />
862<br />
Li D, Li Z, Yu JW, Cao N, Liu RY, Yang M (2010) Characterization of Bacterial Community Structure in a Drinking<br />
Water Distribution System during an Occurrence of Red Water. Appl Environ Microb 76: 7171-7180<br />
Lührig K, Canbäck B, Johansson T, Tunlid A, Persson KM, Rådström P. Bacterial community analysis of drinking<br />
water biofilms in southern Sweden. Manuscript in preparation.<br />
Persson KM. 2009. Tap, tank or bottle? – aspects of drinking water consumption, Formas, Drinking Water - Sources,<br />
Sanitation and Safeguarding.<br />
Scott, B. A., Pepper, I. L. (2010): Water distribution systems as living ecosystems:Impact on taste and odor, Journal<br />
of Environmental Science and Health Part A, 45, 890–900<br />
Rådström P, Knutsson R, Wolffs P, Lövenklev M, Löfström C (2004) Pre-PCR processing: strategies to generate<br />
PCR-compatible samples. Mol Biotechnol. 26:133-146<br />
Sjödin A, Svensson K, Lindgren M, Forsman M, Larsson P (2010) Whole-genome sequencing reveals distinct<br />
mutational patterns in closely related laboratory and naturally propagated Francisella tularensis strains. PLoS<br />
One. Jul 19;5(7):e11556<br />
Stenström TA, Szewzyk U. 2004. Mikrobiell tillväxt – från råvatten till kran i dricksvattensystem. VA-Forsk Rapport<br />
2004-07<br />
Zinger L, Gobet A, Pommier T (2011) Two decades of describing the unseen majority of aquatic microbial diversity.<br />
Mol Ecol. doi: 10.1111/j.1365-294X.2011.05362.x<br />
Urich, T., Lanzén, A., Qi, J., Huson, D. H., Schleper, C., Schuster, S. C. (2008):Simultaneous Assessment of Soil<br />
Microbial Community Structure and Function through Analysis of the Meta-Transcriptome, PLoS ONE, Volume<br />
3, Issue 6, e2527<br />
Vaz-Moreira, I., Nunes, O. C., Manaia, C.M. (2011): Diversity and Antibiotic Resistance Patterns of<br />
Sphingomonadaceae Isolates from Drinking Water. Appl Environ Microb 77: 5697–5706<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 145
Membrane fouling as revealed by advanced autopsy in a<br />
UF/coagulation pilot trial for enhanced NOM removal<br />
Keucken*, A.; Donose**, B.C.; Persson, K.M.***<br />
* <strong>Vatten</strong> & Miljö i Väst AB (VIVAB), Box 110, 311 22 Falkenberg, Sweden<br />
** The University of Queensland, Advanced Water Management Centre (AWMC), Brisbane, 4072 QLD,<br />
Australia<br />
*** Sydvatten AB, Skeppsgatan 19, 211 19 Malmö, Sweden<br />
Abstract. In the southern part of Sweden a general tendency of browning of the lakes has been noticed.<br />
On-going climate change has also increased the risk of surface water contamination with pathogens, due<br />
to increased combined sewer overflows, and increased run-off from land. In the light of these changes,<br />
VIVAB has decided to evaluate ultrafiltration (UF) membranes for improvement of drinking water quality<br />
with respect to NOM removal and microbiological barrier effect. A fully automated pilot plant with preprogrammed<br />
operating modes has been in operation since June 2010 (14 month trial period). Advanced<br />
NOM characterizations have been conducted from water source to tap and beyond by using Liquid<br />
Chromatography – Organic Nitrogen Detection (LC-OCD). The strategy of using UF with pre-coagulation<br />
proved to be successful in removing humic fractions of NOM. Advanced autopsy methods, involving<br />
Scanning Electron Microscopy/ Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy/ Atomic Force Microscopy<br />
(SEM/EDS/AFM), revealed the topography and elemental composition of the fouling layer. It was noted<br />
that the coagulant, calcium and manganese silicates were the most abundant compounds found on the<br />
surface of the fibres. These results, in combination with the feed characterisation, establish the baseline of<br />
a future optimisation strategy. The application at full scale of UF/coagulation could meet the requirements<br />
for multiple microbial safety barriers as well as preparedness for future deterioration of raw water quality by<br />
enhanced NOM-removal. This concept also minimizes the risk of formation of disinfection by-products<br />
during the treatment process.<br />
Introduction<br />
Kvarnagården WTP, located in Varberg, is the largest municipal water treatment plant for the<br />
municipality of Varberg. The facility is owned by VIVAB, a municipal company, responsible for<br />
operation and maintenance of the municipal water supply, waste water treatment and waste disposal<br />
management. The raw water to Kvarnagården WTP consists of 80% surface water and 20% groundwater.<br />
The surface water source is an oligotrophic lake surrounded by mixed woodland. The lake has a water<br />
volume of approx. 61.1 million m3, and a theoretical turnover equivalent to 7.4 years. The long retention<br />
time has contributed to low humic content consisting mainly of colourless fulvic acids. In line with the<br />
ongoing browning of lakes and rivers in large parts of Scandinavia, a rising trend in colour and COD has<br />
been also observed in the surface water abstracted by Kvarnagården WTP. No significant reduction of<br />
humic substances is achieved with the current treatment process at Kvarnagården WTP, because the<br />
drinking water guidelines are complied with using filtration and disinfection only. Due to long-term<br />
trends in the raw water quality, as well as new demands on the microbiological barriers, a pilot scheme<br />
was initiated including ultrafiltration in combination with coagulation for enhanced NOM removal. The<br />
effects on NOM concentrations and composition were investigated by far-reaching NOM characterization<br />
from source to tap. The complex phenomena taking place at the surface of materials used for water<br />
filtration are revealed these days by advanced autopsy techniques used in the case presented here, in<br />
which polysulphone membranes used in ultrafiltration combined with coagulation are subjected to<br />
investigation. The present study aims at presenting a series of results from the advanced autopsy of<br />
membranes used in UF pilot trials with different operating modes.<br />
Research objectives<br />
Investigations of hollow fibres used in long-term UF pilot tests combined with coagulation have been<br />
performed with advanced autopsy regarding aspects such as morphology of membrane surface and<br />
elemental composition of the fouling layer. Autopsy techniques such as SEM/EDS and AFM/AC Mode<br />
topography were conducted on samples extracted from different layers of a Koch PMPW-module.<br />
146 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Methodology<br />
Pilot plant for ultrafiltration. The test facility consisted of three process steps: In-line coagulation<br />
(optional), Pre-filtration and UF. The pilot plant was fully automated and equipped with various sensors<br />
for on-line measurement of pressure, temperature, flow, turbidity. Feed water for the test facility was<br />
taken directly from the incoming raw water pipe, in order to obtain representative experimental results in<br />
terms of composition and pressure of the raw water. Coagulants could be added flow proportional to the<br />
raw water with subsequent static mixing. Pre-filtration was done by a pressurized fibre-filter, 3FM ®<br />
(Flexible Fibre Filter Module), with a cut-off of 5-10 microns. The UF pilot plant was equipped with a<br />
Koch HF 10-48-35-PMPW membrane module, containing 20,000 fibers with a diameter of 0.9 mm. The<br />
polysulfone membranes had a nominal Molecular Weight Cut-off (MWCO) of 100.000 Daltons,<br />
corresponding to a pore size of 0.05 microns. The membrane area of the pilot module was 52.4 m 2 and the<br />
maximum allowable flux 115 l/m 2 *h. The maximum allowable Trans Membrane Pressure (TMP) was 2.4<br />
bar. Backwashing was carried out automatically at preselected intervals, with or without chemicals. Citric<br />
acid, sodium hypochlorite or sodium hydroxide were used for Chemically Enhanced Backwash (CEB)<br />
and for membrane Cleaning in Place (CIP). A typical frequency for CEBs was 60 min with alternating<br />
acidic backwash (pH ~ 3) and alkaline backwash (pH ~ 12).<br />
Pilot tests were carried out with different operating modes and in combination with coagulation:<br />
- Cross-flow with periodic retentate outlet, without coagulation;<br />
- Pre-treatment by fibre filtering, without coagulation;<br />
- Direct precipitation without pre-treatment.<br />
A Poly Aluminium Chloride (PAC) product (Al-content: 7.3%, basicity: 64%) was chosen as coagulant,<br />
based on results of initial laboratory tests. The feed rate of coagulants during the pilot trials was 1g Al per<br />
cubic meter of raw water. The coagulant was dosed in-line, with a residence time in the pipe larger than 1<br />
minute. Rapid mixing of the coagulant was achieved with a static blender. There was no pH-adjustment<br />
required in conjunction with coagulant dosing. The correct addition of coagulants was monitored by online<br />
pH measurement.<br />
NOM characterization. Enhanced NOM fractionation of different water samples was carried out by a<br />
specialized laboratory, DOC-Labor Dr. Huber in Karlsruhe, Germany. For analysis of NOM, DOC-<br />
LABOR used LC-OCD (Liquid chromatography – Organic Carbon Detection). Size-Exclusion<br />
Chromatography combined with three detectors is applied to subdivide the pool of organic matter in the<br />
water samples into six major sub-fractions which can be assigned to specific classes of compounds<br />
(Huber et al, 2011). On three occasions, sampling for NOM characterization was conducted from water<br />
source to tap, and beyond. Sampling dates were chosen based on seasonal characteristics, and the test runs<br />
of the UF pilot plant.<br />
Advanced autopsy. Polysulphone membrane fibres, extracted from Koch PMPW 10 modules<br />
previously used in the pilot setup, have been cut longitudinally and transversally to reveal the three zones<br />
of interests: lumen side, which is the active filtration area, shell side, on the exterior of the fibre and the<br />
cross-section.<br />
AC Mode (intermittent contact) AFM (in air) has been used to profile the lumen and shell side of virgin<br />
and fouled membranes employing an Asylum Research MFP 3D BIO-AFM (Queensland Node of the<br />
Australian National Fabrication Facility). The probes used to test the topography were NT-MDT Etalon<br />
with a nominal spring constant of 3 N/m. Height and Amplitude channels have been used to assess the<br />
surface features.<br />
SEM images were collected in secondary electron mode for all carbon coated samples and EDS was used<br />
to obtain the relative elemental composition of the fouling layer in frame mode, at 5000x magnification<br />
rates over 60 seconds. SEM/EDS analysis was performed on a Phillips XL-30 (Centre for Microscopy<br />
and Microanalysis).<br />
Results<br />
According to NOM characterizations ultrafiltration combined with coagulation resulted in a significant<br />
NOM-removal in terms of DOC and humic substances (see Table 1). As expected, ultrafiltration (100.000<br />
Dalton) with pre-treatment only has no noticeable effect on NOM fractions except for a slight decrease of<br />
biopolymers.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 147
Tabel 1 Summary of NOM characterization: UF pilot trials<br />
All samples have been investigated by SEM/EDS and only reference and fouled membranes have been<br />
subjected to AFM topographical analyses. The reference sample exhibits typical polysulphone (PS)<br />
spectra containing O, C, S and sub 1% Cl and Ca.<br />
According to Figure 1, Height and Amplitude, shell side profiles suggest that in the process of sample<br />
preparation the membrane structure becomes wrinkled and therefore the images exhibit elongated<br />
structures, believed to be artefacts. The zoomed-in amplitude signal of 1x1 µm clearly shows the<br />
amorphous structure of the polysulphone.<br />
On the other hand, the reference sample on the lumen side, Figure 2, shows pores of few hundreds of<br />
nanometres and also skewed structures (top side) due to sample preparation. Even though sample<br />
preparation and handling can affect the final condition of the specimens the important features, such as<br />
pores, are properly revealed.<br />
Figure 1 AFM Height and Amplitude (error signal) obtained on “reference” sample on shell side<br />
148 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Figure 2 AFM Height obtained on reference lumen side sample<br />
Figure 3 SEM analysis of fouled membrane<br />
As depicted in Figure 3, the fouled samples exhibit mineral deposition. In comparison with the reference<br />
sample, additional elements such as: Al, Si, Mn are found by EDS and also it appears that Ca and Cl<br />
concentration has slightly increased. Multiple scans revealed that similar materials are deposited all<br />
across the fibre. AFM imaging confirms also the existence of a fouling layer on both sides of the<br />
membrane, as shown in Figure 4.<br />
Figure 4 AFM Height obtained on fouled sample on shell side<br />
As revealed by the AFM imaging in Figure 5, the layer on the lumen side is rough (400nm) in comparison<br />
with the one of shell side but the nanoscale investigation, shows similar features, which suggests that it<br />
may be the same material. For both, reference and fouled samples, a conclusion on the organic fouling<br />
cannot be drawn because of the carbon coating which interferes with the EDS measurements.<br />
Subsequently, top, middle and bottom samples, depending on their position on the pilot have been<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 149
subjected to SEM/EDS analysis in order to find traces of the fouling material previously observed in the<br />
case of the fouled sample.<br />
Figure 5 AFM Height obtained on fouled sample on lumen side<br />
A comparison in terms of relative elemental concentration is presented in Table 2. It is shown that the<br />
middle layer has more fouling material in comparison with the top and the bottom (measuring the lumen<br />
side). The analysis shows also that sample preparation can induce surface artefacts and that they are likely<br />
to be the result of sample manipulation during preparation.<br />
Tabel 2 Summary of EDS analyses (elemental weight and atomic<br />
percentage)<br />
Conclusions<br />
SEM/EDS and AFM analyses of KOCH PMPW-10 hollow fibres reveal clearly the shell and lumen side<br />
structures as well as the structure and elemental composition of the fouling layer. Comparison of samples<br />
from different sections of the membrane module indicates more fouling material on the middle section<br />
with respect to the top and bottom layers regarding the lumen side. Considering that the UF membranes<br />
have been tested in combination with a coagulant it is assumed that the Aluminium and Chlorine found on<br />
the surface of the hollow fibres to be fractions of the PAC product. The advanced autopsy could not<br />
reveal signs of membrane deterioration due to hydraulic stress or exposure to chemicals in conjunction<br />
with recovery cleaning and coagulation.<br />
References<br />
Huber, Stefan A, Balz, A, Abert, M, Wouter, P (2011) Characterisation of aquatic humic and non-humic matter with<br />
size-exclusion chromatography - organic carbon detection – organic nitrogen detection (LC-OCD-OND),<br />
Water Research 45, 879-885<br />
Edzwald, J.K. and Tobiason, J.E. (1999) Enhanced coagulation: US requirements and a broader view. Water Science<br />
and Technology 40(9), 63-70.<br />
Donose, Bogdan C., (2011) SED/EDS/AFM of UF membranes, Analysis report for VIVAB, AWMC/The University<br />
of Queensland<br />
150 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Operational experience from fluidized-bed softening at Bulltofta,<br />
Bäcklösa, Gränby, Lejsta and Vomb<br />
Erling Midlöv1), Philip McCleaf2), Britt-Marie Pott3) och Kenneth M Persson4)<br />
Erling.milov@vasyd.se. VA SYD, Box Box 191, 201 21 Malmö<br />
Philip.mccleaf@uppsalavatten.se Uppsala Uppsala <strong>Vatten</strong> och Avfall AB, Box 1444, 751 44<br />
Uppsala<br />
Britt-marie.pott@sydvatten.se Sydvatten AB, Skeppsgatan 19, 211 11 Malmö<br />
Kenneth.m.persson@sydvatten.se Sydvatten AB, Ideon Science Park, 223 70 LUND<br />
Abstract: Water softening is practiced at many of Sweden’s drinking water treatment plants primarily via a<br />
cation-exchange process. Water softening using a fluidized–bed reactor process has been utilized in<br />
Sweden since the early 1990’s. The first municipal plant for fluidized-bed reactor softening of drinking water<br />
was established in 1995 at Lejsta in Uppsala Municipality. Currently, the fluidized-bed reactor process is<br />
used to soften drinking water at the Bulltofta, Bäcklösa, Gränby, Lejsta, and Vomb treatment plants. The<br />
plants have many similarities and differences. The article will document the plants’ operational experiences<br />
and results and discuss the reasons behind similarities and differences.<br />
At Vomb the water hardness of an artificial groundwater is reduced from 12 dH o to 6 dH o by addition of<br />
sodium hydroxide. The pellet size is approximately 2 mm. The raw water supply in central Uppsala is<br />
groundwater consisting of 40 % artificially infiltrated- and 60 % natural groundwater. At Gränby and<br />
Bäcklösa, water hardness is decreased from 16-17 dH° to 7-8 dH° and the pellets grow to about 1 mm<br />
before removal. At the Lejsta plant carbon dioxide and radon gas is removed from the groundwater by an<br />
aeration stage, then the water’s pH is increased from 7,3 to 8,3 by addition of sodium hydroxide. The water<br />
hardness is reduced from 16 dH° to 6-7 dH° and after the water leaves the reactors, acid is added for pH<br />
adjustment. At the Bulltofta plant groundwater from the Alnarpsströmmen aquifer is first aerated then<br />
softened. The water hardness is reduced from 16-18 dH° to 6-7 dH° after addition of milk-of-lime and<br />
sand. In Gränby, Bäcklösa and Bulltofta the softening process uses milk-of-lime for increasing pH, while<br />
sodium hydroxide is used at Vomb and Lejsta.<br />
The plants have different designs and different performances. If lime is used as alkali, a higher pH is need<br />
to precipitate calcium carbonate, or a longer detention time. The quality or reactivity of the lime is also a<br />
key factor for effective operation. Many parameters can be varied when optimizing the softening reaction,<br />
and the possibilities for improving the performance of softening process are rich, but it needs attention from<br />
the operator. Produced pellets are utilized as construction material or for buffering of lakes and streams<br />
affected by acid rain.<br />
Some operational data<br />
In table 1, some operational data for the waterworks Vomb, Gränby, Bäcklösa, Lejsta and Bulltofta are<br />
presented. From the table, it is clear that the softening process can be operated with different chemicals, in<br />
different reactors and at different pH. The main difference comes from the use of alkali. At Vomb, there is<br />
no need to reduce the total alkalinity in the water, since the alkalinity is about 190 mg/l. But for the other<br />
plants, the alkalinity is in the range 300-400 mg/l. When softening at Gränby, Bäcklösa and Bulltofta<br />
plants, lime is added to enhance reduction of alkalinity. The reactors are cylindrical except for Bulltofta,<br />
where the reactors are slightly conical.<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 151
Table 1: Operational data for the softening plants<br />
Plant Vomb Gränby Bäcklösa Lejsta Bulltofta<br />
Used alkali 32%<br />
sodium<br />
hydroxide<br />
Added alkali per<br />
removed<br />
Calcium<br />
(mol/mol)<br />
Average loading<br />
rate (m/hr)<br />
Average<br />
theoretical<br />
detention time<br />
(minutes)<br />
Produced pellet,<br />
g/m 3<br />
Average pH<br />
target value at<br />
reactor top<br />
Reactor height,<br />
m<br />
Reactor<br />
diameter, m<br />
1,5 g/l,<br />
Calcium<br />
hydroxide<br />
slurry<br />
1,5 g/l<br />
Calcium<br />
hydroxide<br />
slurry<br />
25% sodium<br />
hydroxide<br />
Calcium<br />
hydroxide<br />
slurry<br />
1,06 1,20 1,20 1,20 1,10<br />
70 72 72 28 44<br />
6 7,5 7,5 11 14<br />
110 412 420 215 513<br />
8,9 9,7 9,4 8,3 9,0<br />
7 9 9 5,2 8<br />
3,3 2,2 2,2 0,5 2,9<br />
For Vomb, Gränby and Bulltofta, produced pellets are stored in silos for drainage until transported to<br />
Nordkalk where they are used as a product for buffering of lakes and streams. For Bäcklösa and Lejsta, the<br />
pellets are used as final cover material on landfills.<br />
Discussion and Conclusions<br />
Some observations can be made from the data: The amount of alkali added to remove calcium is similar for<br />
all the plants. A greater mass of pellets is produced when using calcium hydroxide as the alkali, which<br />
hardly is surprising. The reactors need higher pH if the detention time is shorter. For Vomb, the average<br />
alkali surplus as function of produced water for the years 2008-2011 is presented in figure 1. From the<br />
figure, it is clear that the average used alkali surplus varies with produced water quantities and that slightly<br />
more alkali must be added when more water per time has to be softnened.<br />
In figure 2, the pellets accumulated particle size diameter for Gränby, Bäcklösa and Lejsta is presented.<br />
152 Session 3: Dricksvattenkvalitet
Alkali surplus (mol OH / mol Ca)<br />
1,075<br />
1,07<br />
1,065<br />
1,06<br />
1,055<br />
1,05<br />
1,045<br />
y = 4E-09x + 0,939<br />
R 2 = 0,9883<br />
1,04<br />
0 5 000 000 10 000 000 15 000 000 20 000 000 25 000 000 30 000 000 35 000 000 40 000 000<br />
Produced water (m3)<br />
Figure 1: Alkali surplus as a function of the total produced amount water for Vombverket 2008-2011.<br />
Accumulated amount (%)<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7<br />
Pellets particle size (mm in diam)<br />
Figure 2: Accumulated particle size distribution for pellets from Gränby, Lejsta, Bäcklösa and Vomb<br />
waterworks.<br />
Gränby<br />
Lejsta<br />
Bäcklösa<br />
Vomb<br />
Session 3: Dricksvattenkvalitet 153
As seen in the particle size distribution curve (Figure 2) the pellet size is more likely to be due to how the<br />
reactors are run and less depending on the type of chemical used to create the reaction. No significant<br />
difference can be observed between sodium hydroxide plants (Vomb, Lejsta) and calcium hydroxide plants<br />
(Gränby, Bäcklösa).<br />
In table 2, data on pellets composition are presented for Bulltofta, Vomb, Bäcklösa, Lejsta, and Gränby.<br />
The pellet composition is a function mainly of the raw water content, but for all the waterworks, it is clear<br />
that the used reactor pH mainly precipitates calcium carbonate. Only to a minor extent magnesium is<br />
removed from the waters. If iron is present in the raw water, the pellets also contain elevated iron<br />
concentrations. For Bulltofta, where the water has some strontium, also strontium carbonate is precipitated<br />
with the calcium carbonate.<br />
The differences in pellets composition between the plants are, as expected, mainly due to the raw water<br />
quality. When alkalinity needs to be reduced along with the calcium the addition of calcium hydroxide<br />
slurry results in approximately a doubled amount of produced pellet.<br />
Table 2: Composition of pellets (mg/kg TS) for the waterworks<br />
Bulltofta Vomb Bäcklösa Lejsta Gränby<br />
Cr 0,11
Session 4: Distributionssystem<br />
Förbättrad läckagekontroll genom<br />
Dopplerteknik och tryckreglering 156<br />
On-line-simulering av distributionssystem<br />
för dricksvatten 161<br />
Aqua fingerprint – en metod för att karakterisera<br />
löst organiskt material i dricksvatten 165<br />
Påverkar lättflyktiga organiska ämnen från<br />
PEX-rör hälsan? 169<br />
Identitet och nedbrytbarhet för organiska<br />
ämnen från PEX-rör i byggnader 173<br />
Sektionering i Hvidovre Forsyning – planering,<br />
genomförande och övervakning 176<br />
Relining av huvudledningar och<br />
byggnadsinstallationer 184<br />
Säker dricksvattenkvalitet i vattenledningsnätet:<br />
Åtgärder för att upprätthålla trycket i ledningsnätet 189<br />
Inträngning av markföroreningar i<br />
distributionsnätet 199<br />
Svensk utveckling av material i kontakt med<br />
dricksvatten 203<br />
155
Förbättrad läckagekontroll genom Dopplerteknik och<br />
tryckreglering<br />
Tommy Ekblad*, Frida Moberg**<br />
* Göteborg <strong>Vatten</strong>, Box 123, 424 23 Angered, tommy.ekblad@vatten.goteborg.se (Contact information for<br />
author 1)<br />
** Göteborg <strong>Vatten</strong>, Box 123, 424 23 Angered, frida.moberg@vatten.goteborg.se (Contact information for<br />
author 2)<br />
Abstract.<br />
Doppler technique for leak detection:<br />
The traditional methods of leakage detection, which build on the technique of registering/measuring the<br />
sound which the leak is producing, have large limitations when it comes to leak detection on plastic pipes<br />
and on mains with dimensions larger than 300 mm, since the properties of the mains strongly reduce the<br />
audible sound of the leak. That is why it is important to find a new technique which is independent of the<br />
propagation of the sound. The Swedish Defence Research Agency has developed a technique for<br />
identifying hidden targets behind walls and within buildings. This method has a potential to be used in<br />
other fields, such us leakage detection of water mains. Idea and development of suitable equipment for<br />
leak detection market is being research by FOI Swedish Defence Research Agency together with<br />
Norrköping <strong>Vatten</strong>, Tekniska Verken Linköping and Göteborg <strong>Vatten</strong>. In contrast to radar used for ordinary<br />
ground penetration this new technique makes it possible to detect the motion of flow variation in water<br />
from a leak. The principle relays on the fact that variation of water surface creates a Doppler effect like a<br />
moving target. By modification of the frequency received, the wanted depth of penetration is decided. To<br />
pinpoint the leak, you measure in checkered pattern on the surface across and along the actual pipe<br />
section. The advantage with this new technique is the function on any pipe material and dimension. The<br />
technique is not disturbed of surrounding sounds. Testing in the field gives promising results and clearly<br />
indicates water flow in ground. Apart from detecting the leak, you can follow the flow of the leak and it’s<br />
propagation underground. The finished product will be a hand hold unit which will be passed over the area<br />
above the main.<br />
Pressure management – adjustment of pressure depending on the zone’s actual demand:<br />
A large amount of total leakage from the water mains is “hidden leakage”; which does not appear as<br />
visible bursts. The water pressure in the mains has a direct connection with the burst frequency and the<br />
amount of the background leakage. In addition to a higher leakage the pressure also gives a higher strain<br />
on the mains, which can cause bursts. To minimize leakage, and to protect the mains, the pressure needs<br />
to be adjusted to the topography of each area. One way to adapt pressure for the lower areas in high<br />
elevated zones is to use pressure reducing valves. New techniques provide the possibility to control the<br />
outgoing pressure from the pressure reducing valve according to the actual demand of the zone. In the city<br />
centre of Gothenburg, there is an area from the 1950´s. In 2010 the amount of leakage of the zone was 29<br />
% or 41 m 3 per day and km, which can be compared to the total leakage of the whole of the Gothenburg’s<br />
drinking water distribution network which was 23 % or 23 m 3 per day and km in 2010. During 2009 a new<br />
zone was created in the area, and a flow controlled pressure reducing valve was installed. The pressure<br />
on the downstream side of the new valve is stabile, and pressure variations from pumps and water tower is<br />
compensated through the valve. The pressure is decreased more during low demand periods. The flow is<br />
measured and transmitted to the control system which makes it possible to detect and find an eventual<br />
leak. The leakage and the burst frequency within the new reduced pressure zone have decreased.<br />
156 Session 4: Distributionssystem
Utveckling av ny teknik med Dopplerradar för lokalisering av<br />
rörnätsläckage i mark<br />
Beskrivning av projektet<br />
Utveckling av projektet sker i samverkan mellan <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>, FOI, Cinside, Norrköping <strong>Vatten</strong>,<br />
Tekniska Verken i Linköping samt Göteborg <strong>Vatten</strong>. FOI svarar för den övergripande ledningen.<br />
Inom försvaret har man utvecklat en teknik för identifiering av dolda mål bakom murar och inom<br />
byggnader. Denna metod har potential att nyttjas även i andra sammanhang, som vid t.ex läcksökning.<br />
Behovet att lokalisera rörnätsläckage från i första hand trycksatta ledningar ökar i takt med att kraven på<br />
leveranssäkerhet, ekonomi, vattenkvalitet och energieffektivisering blir högre. Att genom aktiv<br />
läcksökning tidigt kunna upptäcka och lokalisera ett läckage skapar förutsättning för att planera<br />
reparationen och för att kunna informera brukarna. Ett dolt läckage kan fortgå under mycket lång tid utan<br />
att upptäckas. 80 % av allt läckage är så kallat dolt läckage och innebär en risk för förorening av<br />
dricksvattnet i samband med underhåll och reparation då rörnätet görs trycklöst.<br />
Dagens teknik utnyttjar i första hand det ljud som en läcka alstrar för att lokalisera ett läckage.<br />
Förutsättningarna för denna teknik begränsas kraftigt då ledningens material är av plast eller betong eller<br />
då ledningsdimensionen överstiger 300 mm. I takt med att plastledningar blir allt mer vanligt ökar<br />
behovet av en ny teknik för att kunna lokalisera läckor.<br />
Principen för Dopplerdetektion<br />
Den nya tekniken med Dopplerradar vilken registrerar vattnets flöde under mark kan nyttjas oavsett<br />
ledningens material eller dimension. Dessutom är metoden oberoende av omgivande bakgrundsljud.<br />
Vattnets rörelse skapar en dopplereffekt med varierande frekvenser likt ett rörligt mål och kan identifieras<br />
via avancerad signalbehandling med radar för markpenetration.<br />
Figur 1. Principen för detektion<br />
Session 4: Distributionssystem 157
Insamling och resultat av mätdata<br />
För test och verifiering av tekniken samt för att skapa underlag till funktionsmodell användes en mobil<br />
mätutrustning för datainsamling i fält. Tester utfördes bland annat på markförlagda ledningar vid Borås<br />
övningsfält för läcksökning. Mätningarna utfördes på vattenledning i både gräs och asfalt. I ett<br />
systematiskt rutnät på mark över och utmed aktuella ledningssträckor utfördes ett stort antal mätningar.<br />
Läckornas storlek varierade mellan 40 och 60 liter per minut. Läckflödet identifierades vid själva<br />
rörbrotten och på en sträcka av 6 meter utmed ledningen. Anm. Övningsfältets läckor är dränerade.<br />
Tidigare utförda tester påvisar en tydlig skillnad i uppmätt rörelse då läckan är på- respektive avstängd, se<br />
figur 2.<br />
Figur 2. Läcka i testbädd<br />
Testutrustning<br />
Funktionsmodell av rörelsedetektor baseras på radardoppler. Utrustningen består av sändarantenn,<br />
mikrovågsenhet och mottagarantenn. Utformningen bygger på resultatet från mätningarna som utfördes i<br />
Borås samt kompletterande mätningar. Antennerna placeras på marken och mätningen påbörjas. 2 GHz<br />
beräknas vara en lämplig frekvens med hänsyn till antennstorlek och markens tranmissionsegenskaper.<br />
Generellt blir transmissionsegenskaperna bättre vid lägre frekvenser men det försämrar samtidigt<br />
möjligheterna att detektera dopplerfrekvensen. Även fyllnadsmaterialets egenskaper påverkar valet av<br />
frekvens. Till exempel innebär sand och grus betydligt gynnsammare förutsättningar än blöt lera som<br />
medför svårigheter. Tätskikt av asfalt innebär inga problem.<br />
Tekniken förutsätter vatten i rörelse med dränerande fyllnadsmassor. Förutom att detektera själva läckan<br />
kan man även spåra andra flöden under mark. Man kan t.ex. leta uppströms då vatten rinner in i<br />
fastigheter.<br />
Färdig utrustning för användning i fält beräknas storleksmässigt bli som en större portfölj med en vikt om<br />
cirka 5 kg.<br />
Fortsatt utvecklingsbehov<br />
Det finns behov av fördjupade undersökningar av verkliga vattenläckor där man klarlägger under vilka<br />
omständigheter tekniken fungerar och vilka faktorer som kan inverka negativt. Hur hanterar man den nya<br />
tekniken, hur snabbt kan man uppnå ett tillfredsställande resultat och över hur stor yta kan man operera?<br />
Mätresultat ska kopplas till typ av rörbrott, läckans storlek, ledningens djup, omgivande fyllnadsmaterial<br />
och rådande temperatur. Man behöver också utveckla möjligheten till valbart frekvensområde för<br />
optimering under olika förhållanden.<br />
158 Session 4: Distributionssystem
Tryckoptimering med flödesstyrd reducering för minskat läckage<br />
Samband mellan tryck och läckage<br />
En stor det av det totala utläckaget från vattenledningsnätet utgörs av ”dolt läckage”, som inte ger sig till<br />
känna i form av rörbrott och uppträngande vatten. <strong>Vatten</strong>trycket i ledningsnätet har ett direkt samband<br />
med storleken på det ”dolda läckaget”. Förutom att trycket påverkar storleken på läckaget, innebär ett<br />
högre tryck också en större belastning på rören, vilket kan ge upphov till fler läckor. För ledningar av<br />
plast, med skador i form av långsprickor, blir sambandet mellan tryck och utläckage större än för<br />
metalledningar, eftersom sprickan i plastledningen vidgas med ett ökat tryck. Även skarvläckor kan<br />
vidgas vid ett ökat tryck. För att minimera utläckaget, och för att skona ledningsnätet, är det viktigt att<br />
anpassa vattentrycket efter varje områdes topografi, så att ledningsnätet inte utsätts för onödigt högt tryck.<br />
Ett optimalt tryck är när högsta försörjda tappställe inom ett distributionsområde erhåller nödvändig<br />
trycknivå, vanligen 15-25 mvp. I vissa fall kan erforderligt tryck för brandvatten vara dimensionerande<br />
för rörnätets trycknivå. Kontroll av ledningsnätets tryck är en av de faktorer som har stor betydelse för<br />
läckaget. Ett sätt att anpassa trycket för lågt belägna områden är att reducera trycket via en<br />
reduceringsventil. De traditionellt använda reduceringsventilerna ger inte alltid ett stabilt tryck på<br />
sekundärsidan, utan släpper ofta igenom ett högre tryck vid låga flöden.<br />
Figur 3 Faktorer som påverkar ett vattenrörnäts läckage<br />
Flödesstyrd reducering<br />
Ny teknik gör det möjligt att styra utgående tryck från en reduceringsventil beroende på aktuellt flöde<br />
inom zonen. På natten när förbrukningen är låg, och tryckförlusterna i ledningsnätet är små, sänks trycket<br />
för att öka igen när förbrukningen går upp. På så sätt kan trycket optimeras och läckaget minskas. I<br />
många fall, inom framförallt zoner med reservoar, är annars förhållandet det motsatta, med ett ökat tryck<br />
under nattens lågförbrukning då reservoarnivån är hög. Den avgränsade zon som skapas när ett område<br />
reduceras utgör samtidigt en naturlig mätzon där flödet kan övervakas så att ett ökat läckage inom zonen<br />
snabbt kan upptäckas och åtgärdas.<br />
Tekniken med flödesstyrd reducering som en åtgärd för att minska läckage och rörbrott är vanlig i bl.a.<br />
England och Australien.<br />
Session 4: Distributionssystem 159
Figur 4 Principen för tryckoptimering med flödesstyrning<br />
Exempel från Göteborg<br />
Inom Göteborg finns ett centralt beläget område med bebyggelse från 1950-talet. Området utgör en<br />
högzon som försörjs via två tryckstegringsstationer tillsammans med en högreservoar. Ledningsmaterialet<br />
utgörs till största delen av gjutjärn. Inom högzonen bor 35 500 personer och den totala ledningslängden är<br />
51,5 km. Läckaget inom zonen var 2010 29 % eller 41 m 3 /km och dygn, vilket kan jämföras med läckaget<br />
för hela Göteborg som 2010 låg på 23 % motsvarande 23 m 3 /km och dygn.<br />
Under 2009 skapades en ny avgränsad zon inom området, och en flödesstyrd reduceringsventil<br />
installerades. Den nya zonen togs i drift i juni 2009. Området med reducerat tryck ligger lägre än resten<br />
av zonen och har tidigare haft ett onödigt högt tryck och fastigheterna hade egna installationer med<br />
reduceringsventiler. Den nya reduceringsventilen är stabil på sekundärsidan vilket innebär att<br />
tryckvariationer från pumpar och reservoar försvinner och trycket sänks ytterligare under natten när<br />
förbrukningen inom zonen går ner. Flödet genom reduceringsventilen mäts och överförs till<br />
övervakningssystem så att en läcka snabbt kan upptäckas och lokaliseras.<br />
Läckaget inom den reducerade zonen kan efter reduceringsventilens installation mätas specifikt, och<br />
ligger på cirka 10 % eller 16 m 3 /km och dygn, vilket är betydligt lägre än för resten av högzonen.<br />
Eftersom ledningsnätets material har i stort sett samma ålder och material inom den reducerade zonen<br />
som i resten av högzonen, är det rimligt att jämföra läckaget inom zonerna. Rörbrottsfrekvensen för zonen<br />
efter det att reduceringsventilen togs i drift, mellan juni 2009 och december 2011, var 2,7 rörbrott/10 km<br />
och år. Under 5-årsperioden juni 2004 till juni 2009 var rörbrottsfrekvensen inom den nya reducerade<br />
zonen 4,9 rörbrott/10 km och år. Minskningen tyder på att den nya ventilen varit effektiv i att reducera<br />
antalet rörbrott. 5-årsmedelvärde för rörbrottsfrekvens för hela Göteborg är 1,7 rörbrott/10 km och år.<br />
160 Session 4: Distributionssystem
On-line simulation of water distribution systems<br />
Kia Aksela<br />
Lic. Sc. (Tech), Aalto University, PO Box 15200, FI-00076 AALTO, Espoo, Finland, kia.aksela@aalto.fi or<br />
kia.aksela@wspgroup.fi after 1.8.2012<br />
A prototype for an on-line simulation system has been developed as a part of a joint research project “Real<br />
time Management of the Water Distribution Systems”. The designed solution for on-line simulation enables<br />
snapshot or status pictures of water distribution systems. This solution enables automated on-line<br />
simulation of water distribution networks during normal operation. Moreover it allows the examination of<br />
real network behavior during disturbance situations such as pipe breaks or contamination events. The<br />
system has full topological resolution – meaning that all pipes existing in the real network are included in<br />
the simulation framework. The simulation system can be run automatically on-line, on a selected time<br />
period, for example hourly or daily, based on real measurements from a network and properties.<br />
The developed prototype utilizes IT systems commonly used by water utilities, namely the<br />
Geographical/Network Information System (GIS/NIS), The Supervisory Control and Data Acquisition<br />
systems (SCADA) and the Customer Information Systems (CIS). It also benefits from an Automated Meter<br />
reading System (AMR) when possible. In addition the system uses property based water demand models<br />
when AMR data is not valid or available. As a part of the larger research, methods for modeling and<br />
predicting water demand have been developed (Aksela and Aksela 2011). These models and related<br />
techniques are applied in the context of the simulation system.<br />
The functioning of the on-line simulation system is based on a developed data model and routines applied<br />
in a database. The database is used to collect continuously changing dynamic data from SCADA and AMR<br />
systems, as well as to validate, refine and combine the data with demand models and data from CIS. As a<br />
result, the database solution automatically generates files needed to run simulation software. These files<br />
are used together with network topology information from GIS to produce on-line simulations of the<br />
network. The simulation software utilized was EPANET, which models distribution networks and performs<br />
simulation of the hydraulic and water quality behavior of the piping systems (Rossman 2000). Through the<br />
use of a solution such as this it is possible to locationally target maintenance and rehabilitation activities<br />
more efficiently, and find areas of decreased pressure or discover spreading of contaminants nearly real<br />
time after the location of the original disturbance is fed into the system.<br />
Challenges associated with the network management<br />
The condition of different segments belonging to the water distribution network varies according to the<br />
correctness of the decisions made in the past. The factors that have an influence on the network condition<br />
are commonly classified as physical, operational and environmental. Thus, the age of the segments of the<br />
network alone is not very useful factor when defining the need for maintenance or rehabilitation of these<br />
segments. In one location the network may be at the end of its lifespan and in other it may be in full<br />
working condition. Due to this, it is very important to pay close attention to the network condition<br />
management.<br />
In order to avoid disturbance situations such as leaks, condition management of the water distribution<br />
networks must be invested in. On the other hand, even if condition management is prioritized, bursts are<br />
possible and leaks occur. This is due to that it is very challenging to prioritize segments from the network<br />
as they are located underground. As the coating of the network can not be seen, it is also difficult to<br />
investigate the inner surface without compromising the service level, water quality or pressure conditions.<br />
Thus the goals of the network management should be condition management as well as effective<br />
Session 4: Distributionssystem 161
detection of disturbances and related limiting of the influenced areas or properties in order to minimize<br />
the number of the customers experiencing lowered service level.<br />
One way to achieve the goals of the network management is to focus the maintenance and rehabilitation<br />
resources accurately on those segments having worst condition. It is commonly agreed, that the most<br />
important sign which indicate on the condition problems is lowered transmission ability. This can be<br />
consequence of lowered pressure conditions and/or leakages. The traditionally utilized techniques to<br />
locate leaks are either laborious or not capable of indicating all leaks. Thus, the final results are usually<br />
modest. In the future, it is essential that more leaks are detected and located in the early phase, hopefully<br />
before customers notice and report them. This information is very useful when prioritizing the<br />
rehabilitation actions and for guaranteeing the service level. The goals and means of network<br />
management are presented in figure 1. The prototype of the on-line simulation system was developed to<br />
answer to these challenges. The purpose of the system is to detect and preliminary locate leaks as well to<br />
identify the influenced areas in order to minimize the caused disturbance.<br />
Figure 1. Goals and means for network management.<br />
ICT powering to the network management<br />
Currently, the software systems commonly utilized by the water utilities are Customer Information<br />
Systems (CIS), Geographical or Network Information Systems (GIS or NIS) and Supervisory Control and<br />
Data Acquisition systems (SCADA). The information of the first two software systems is slowly<br />
changing, more static type as the last software treats all the time changing dynamic data. Traditionally,<br />
the information of these systems is not merged and used together. In the on-line management system the<br />
data from these different systems is merged in the different resolution levels. Also, Automated Meter<br />
Reading (AMR) is one of the key components. Related to the automated meter reading, new ways to<br />
exploit the data were developed. The key idea was the correct treatment of the dynamic measurements<br />
and the utilization of the data in an on-line system. Further on, the dynamic data was combined with the<br />
static information. The on-line system can also be used for indirect detection of leaks and in preliminarily<br />
detecting the location of the leak. The proposed system was developed using a part of the city of<br />
Hämeenlinna in Finland as a testing network. In total there were about 900 property connections, from<br />
which about 200 were AMR metered. The total amount of water billed from the study area was<br />
approximately 350 000 m 3 per year. The main component for leak detection is the database with<br />
simulation software EPANET. EPANET was used to run extended period simulation of the hydraulic<br />
behavior of the water distribution network.<br />
162 Session 4: Distributionssystem
The most important elements of the on-line management system are:<br />
- sensors,<br />
- data transfer,<br />
- data storage, validation and preprocessing,<br />
- data processing,<br />
- data utilization and<br />
- on-line snapshot generation.<br />
First element needed is the correct hydraulic measurements from the network and from the properties.<br />
The placement of the hydraulic measurement points should be carefully considered and in the future this<br />
is one of the challenges of the water utilities. Only so many measurements points are needed which can be<br />
maintained – incorrect data is even worse than no data. Also it may be advantageous to place the flow<br />
measurements and the pressure measurements in different locations depending how the data is utilized.<br />
Flow measurements enable the calculation of the water balance and the leakage water amount can be<br />
extracted and compared with the values on the past. On the other hand pressure measurements reveal the<br />
disturbances faster and can be utilized in the alarm system. Automated meter reading on the property<br />
level is very advantageous when placed in the properties where the water demand is large and varies<br />
unexpectedly. In practice, it is a good way to avoid false alarms as it excludes leak suspects, which are<br />
caused by sudden water demand.<br />
The data transfer from measurement points to the database is the second step in the on-line system.<br />
Almost all water utilities have SCADA systems which deliver the data from network measurements<br />
points to the operator’s computer screen. At this point is good to notice that data transfer from properties<br />
may be much more difficult compared to the data transfer from the network measurement points. It is<br />
common that water meters of the properties are located in the middle of the houses surrounded by cement<br />
walls or underground covered with thick metal lids of the wells – without electricity and antennas,<br />
causing problems for commonly used transfer methods.<br />
The third step of the on-line system is data storage, preprocessing and validation. It is important that the<br />
raw data is stored before the conversion to the meaningful format. This enables the examination of raw<br />
data when development needs occur and better fault detection in case of a malfunction occurring. In the<br />
validation phase it is important that the timestamps are verified. After that it is good at least check if there<br />
is data, and that the data is reasonable, for example between some meaningful values, and if there are<br />
several measurements in the same time span, for example average, minimum and maximum, are in a<br />
logical order, if the data are random and do not follow some decreasing or increasing pattern and is there<br />
a difference between the subsequent values. When storing the validated data it is also extremely important<br />
that all the identification identifiers are unique through the water utility’s all systems, for example the ID<br />
of certain flow measurement point is the same in the GIS/NIS, SCADA and simulation software systems.<br />
After these three primary steps are in order and good quality data are delivered the fourth step of data<br />
processing can be initialized. In this phase the data from different resolutions and from different source<br />
systems are combined. For example through the combination of the SCADA and AMR data it is possible<br />
to make the water balance calculations more precise. At this phase, also the modeled, property specific<br />
demands are combined with other dynamic data. On the other hand in the automated generation of the<br />
simulation files the data from SCADA, AMR, CIS and GIS are combined. The simpler routines can be<br />
executed in the database as more demanding calculations need to be performed by the programs outside<br />
the database.<br />
The last steps of the on-line management system are data utilization and on-line snapshot formation. In<br />
the utilization the data should be compared within the different time resolutions, to see if there are<br />
changes and if there are, how large are they and what does it mean. Through simulation of the normal<br />
Session 4: Distributionssystem 163
operation it is possible to enhance the knowledge of the network – how the flow directions change in<br />
certain points during the day and how the network can be operated in a better or more efficient way, for<br />
example to save energy. On the other hand, when a leak occurs it is possible to discover the influenced<br />
customers and inform them of the issue. Finally, after a longer period of time, through analyzing the<br />
simulation results, it is possible to find those pipes where flow is slowly for long periods and direct the<br />
flushing operations more effectively. Or it is possible to map the areas experiencing frequently low<br />
pressures and direct rehabilitation resources accordingly. In the Figure 2 the on-line picture of the<br />
pressure levels from the full resolution simulation are presented. The first picture illustrates a situation of<br />
normal operation and the second a leak situation. On-line simulation can be used in a similar manner<br />
when calculating the influence and spreading of quality problems in the network.<br />
Figure 2. On-line picture from the simulation before leak occurrence and after the leak occurrence.<br />
Towards better network management<br />
The prerequisites for an on-line management system are a well managed Customer Information System, a<br />
Geographical Information System and a Supervisory, Control and Data Acquisition system as well as an<br />
Automated Meter Reading system applied to properties where water demand varies greatly and<br />
unexpectedly. During the development process of the on-line network management system it was clearly<br />
shown that it is possible and worthwhile to develop network management. The proposed system enables<br />
more effective operation and maintenance as the knowledge of the network behavior increases and for<br />
example flushing operations can be directed to the segments where flows are constantly low, faster<br />
detection of disturbances as occurring leaks can be detected in an early phase and enhanced rehabilitation<br />
planning as it is possible to get more information from the network. In essence, the system enables<br />
generally more effective utilization of the existing resources and improved service level for the end<br />
customers.<br />
References<br />
Aksela K., and Aksela M. 2011. Demand Estimation with Automated Meter Reading in a Distribution<br />
Network. Journal of Water Resources Planning and Management, Vol 137, No. 5.<br />
Rossman, 2000. EPANET 2 Users Manual. United States Environmental Protection Agency.<br />
164 Session 4: Distributionssystem
AQUA Fingerprint<br />
– Early warning for contamination of drinking water<br />
Rasmus Boe-Hansen*, Erik Arvin**, Colin Stedmon***<br />
* Krüger A/S, Gladsaxevej 363, 2860 Søborg, Denmark, rab@kruger.dk<br />
** DTU Miljø, Bygning 113, 2800 Lyngby, Denmark, erar@env.dtu.dk<br />
*** DTU Aqua, Jægersborg Allé 1, 2920 Charlottenlund, Denmark cost@aqua.dtu.dk<br />
Abstract<br />
Regardless of source, all natural waters contain dissolved organic matter (DOM). DOM consists of a complex<br />
mixture of organic compounds ultimately originating from the degradation of terrestrial and aquatic<br />
organisms. Little is known about the actual chemical composition of this material as it consists of a vast<br />
number of compounds at very low concentrations, presenting a considerable analytical challenge. A fraction<br />
of the organic compounds present in DOM fluoresce. This fluorescence offers a rapid and sensitive method<br />
for characterizing and tracing organic material in aquatic environments. A major advantage with fluorescence<br />
spectroscopy is that the instrumentation can be easily adapted for online measurement presenting a method for<br />
monitoring quantitative and qualitative changes in organic matter. In this study the suitability of using natural<br />
organic matter fluorescence to monitor the quality of water in various technical systems is assessed.<br />
In our study wastewater contaminations could be detected in drinking water in dilutions down to 0.2%<br />
equivalent to the addition of 60 µg C/L. Samples taken from a full-scale distribution network showed that the<br />
fluorescence signal was largely unaffected by factors related to normal operation; changes in groundwater<br />
abstraction wells, retention time and filter cycle.<br />
The results of this study suggest that drinking water systems can be easily monitored using online organic<br />
matter fluorescence as an early warning system to prompt further intensive sampling and appropriate<br />
corrective measures (Stedmon et al. 2011).<br />
Baggrund<br />
Drikkevandsbranchens udfordringer<br />
Vandforsyningen i Danmark er udelukkende baseret på indvinding af grundvand, der behandles og<br />
distributeres uden brug af desinfektionsmidler. Et betydeligt antal af de danske vandforsyninger rammes hvert<br />
år af forureninger. Det er svært at skaffe samlede og pålidelige oplysninger omkring disse forureninger, da der<br />
ikke findes en central registrering. En spørgeskemaundersøgelse viste 205 overskridelser af de<br />
mikrobiologiske parametre fordelt på 185 vandforsyninger i perioden 2000–2002. Undersøgelsen omfattede<br />
42 ud af de daværende 270 kommuner svarende til 16 % (By- og Landskabsstyrelsen, 2009).<br />
I de fleste tilfælde konstateres forureningerne ved, at kravværdierne for de mikrobiologiske parametre er<br />
overskredet i vandforsyningernes rutinekontrol. Forureningerne synes at være forårsaget af kortvarige<br />
hændelser (f.eks. i forbindelse med kraftig regn), hvor forureningen trænger ind i systemet og transporteres<br />
gennem ledningsnettet, som en kortvarig puls med høj koncentration. Ofte kan selve forureningskilden ikke<br />
genfindes − kun sporet efter den, hvilket selvsagt vanskeliggør den nødvendige kildesporing.<br />
Nogle af hændelserne kunne være undgået ved større agtpågivenhed fra driftsledelsen og bedre<br />
egenkontrolsystemer. Men alligevel vil forureningshændelser kunne ske, og det er i disse situationer, der er<br />
brug for early warning systemer til at mindske konsekvenserne ved forureninger og til at forbedre vores<br />
forståelse af de forhold og hændelser, som fører til forureninger.<br />
Session 4: Distributionssystem 165
Et effektivt early warning system forudsætter, at målingen sker kontinuerligt, og at fortolkningen formidles<br />
inden for få minutter. De dyrkningsbaserede mikrobiologiske metoder, der i dag anvendes, som indikation for<br />
fækale forureninger, er i sagens natur ikke egnede til early warning, da responstiden er for lang (som<br />
minimum adskillige timer og typisk dage). Simple statistiske betragtninger viser med tydelighed, at en<br />
vandforsyning, der udelukkende følger myndighedernes krav til overvågning, i bedste fald vil opdage 1–10 %<br />
af det reelle antal overskridelser (Boe-Hansen et al. 2003).<br />
Fluorescensmåling<br />
Drikkevand indeholder altid naturligt organisk stof, der optræder, som en kompleks blanding af<br />
nedbrydningsprodukter fra terrestriske og akvatiske planter og dyr. En del af de organiske forbindelser er<br />
fluorescerende, når de belyses, hvilket betyder, at molekylet exciteres når det belyses med én given<br />
bølgelængde, hvorefter det udsender lys med én længere bølgelængde.<br />
Når en kompleks blanding af organiske stoffer belyses, er resultatet et unikt ”fingeraftryk”, der afhænger af<br />
den stoflige sammensætning af puljen. Sammensætningen afspejler i høj grad det miljø, vandet stammer fra,<br />
f.eks. indeholder grundvand typisk mange humus forbindelser, mens spildevand har et væsentligt indhold af<br />
aminosyrer. Figur 1 viser fluorescens ”fingeraftrykket” fra to forskellige vandmiljøer. Øverst fra et vandløb<br />
og nederst renset spildevand. Det fremgår tydeligt af figuren, at sammensætningen af kulstofpuljen medfører<br />
markant forskellige fluorescensspektre.<br />
Figur 1. Fluorescens fingeraftryk fra et vandløb (øverst) og renset spildevand (nederst).<br />
Selvom fluorescensmålingen ikke er en direkte måling af drikkevandets indhold af vira, bakterier og<br />
protozoer, forventes en nærmere analyse af kulstofsammensætningen at kunne give et deltaljeret billede af<br />
vandet hygiejniske kvalitet. Dette skyldes, at mikrobiologiske forureninger i praksis altid vil være ledsaget af<br />
opløst organisk stof, der danner levegrundlag for mikroorganismerne.<br />
PARAFAC modellering<br />
166 Session 4: Distributionssystem
Når flere vandtyper sammenblandes vil det resulterende fingeraftryk stadig indeholde information, der kan<br />
anvendes til at spore blandingens oprindelige vandtyper og blandingsforholdene mellem disse. Til dette<br />
formål findes en række matematiske og statistiske teknikker, herunder principal komponent analyse (PCA) og<br />
parallel faktor analyse (PARAFAC). Princippet i PARAFAC metoden er illustreret i Figur 2.<br />
Figur Error! No text of specified style in document..1. Modellering af fluorescens med PARAFAC<br />
Med PARAFAC metoden kan fluorescensspektret kan nedbrydes i en række bidrag fra forskellige<br />
komponenter, hvor det antages, at intensiteten af fluorescensen er lineært afhængig af koncentrationen.<br />
Komponenterne repræsenterer i denne sammenhæng en modelmæssig fortolkning af spektret og er således<br />
ikke nødvendigvis et udtryk for specifikke kemiske stoffer. Typisk vil komponenterne afspejle stofgrupper<br />
kombineret med bidrag fra et eller flere enkeltstoffer. Den specifikke sammensætning af kulstofpuljen er altså<br />
stadigvæk grundlæggende ukendt og blandingen er for kompleks til komplet karakterisering med eksisterende<br />
kemiske teknikker. Fluorescensen kan imidlertid på et mere overordnet niveau relateres til nogle<br />
hovedgrupper af fluorophorer.<br />
I dette projekt blev den bedste tilpasning af data opnået med en model med 4 komponenter.<br />
Undersøgelser<br />
Brug af fluorescensmålinger til early warning forudsætter, at almindeligt forekommende variationer i<br />
kulstofpuljens sammensætning kan adskilles fra de uønskede hændelser.<br />
Denne undersøgelserne havde derfor to temaer (Naturstyrelsen, 2011), nemlig:<br />
- Bestemmelse af flourescensmålingers følsomhed overfor spildevandsforurening<br />
- Karakterisering af den naturlige og driftsmæssige variation i fluorescensmålingerne<br />
For at bestemme fluorescensmålingens følsomhed blev en række vandprøver tilsat en kendte mængder<br />
ufiltreret spildevand.<br />
Session 4: Distributionssystem 167
Den naturlige og driftsmæssige variation blevundersøgt ved en række målinger på Lillevang vandværk i<br />
Farum. Lillevang er et traditionelt dansk vandværk, hvor vandet indvindes fra et kildefelt med tre boringer. I<br />
den normale drift sættes boringerne i drift enkeltvis. Vandbehandlingen består af beluftning, for- og<br />
efterfiltrering, hvoefter vandet ledes til en rentvandstank. Der blev udtaget prøver efter rentvandsbeholderen<br />
og i distributionsnettet.<br />
Undersøgelserne havde til hensigt at karakterisere variationer i fluorescensspektret som følge af driftsmæssige<br />
forhold, der potentielt kan medføre ændringer i vandkvaliteten. De væsentlige variationer blev vurderet at<br />
være:<br />
- Skift af indvindingsboringer<br />
- Opholdstid i ledningsnet<br />
- Filtercyclus<br />
Resultater<br />
Målingerne og modelleringen viste at der er en stærk korrelation mellem spildevandsmængde og intensiteten<br />
af modelkomponent F4. Intensiteten af modelkomponent F1 og F2 øges i mindre grad, mens F3 vedbliver<br />
med at være konstant (se figur 3).<br />
Figur 3. Sammenhæng mellem intensitet af komponenter og spildevandsmængde i vandprøve<br />
Det betyder altså, at komponent F3 hovedsageligt er knyttet til drikkevandets naturligt forekommende<br />
organiske stof i, mens komponent F4 er stærkt korreleret til spildevandsmængden. Forholdet, mellem de to<br />
komponenter, synes derfor at være en lovende indikator for spildevandsforurening, der må forventes være<br />
robust i forhold de naturlige driftsmæssige variationer i vandsammensætningen. I undersøgelsen kunne fækale<br />
forureninger detekteres ned til en koncentration svarende til 0,2 % spildevand med et signifikansniveau på 95<br />
%. Dette svarer til detektion af 60 µg-C/L med spildevandsoprindelse.<br />
Målingerne viste, at variationen i fluorescensspektret er lille under normal drift. Skift mellem boringer<br />
medførte en ændret sammensætning af kulstofpuljen uden at det dog påvirkede følsomheden overfor<br />
spildevand. Der kunne ikke konstateres en effekt af opholdstid i ledningsnettet og af filterskylninger.<br />
Referencer<br />
Stedmon, C.A, Seredyńska-Sobecka, B, Boe-Hansen, R, Le Tallec, N. & Arvin, E. (2011). A potential approach for<br />
monitoring drinking water quality from groundwater systems using organic matter fluorescence as an early warning for<br />
contamination events. Water Research 45 (18), 6030-6038.<br />
Naturstyrelsen (2011). AQUA fingeraftryk - Online detektion og karakterisering af fækale forureninger i vandtekniske<br />
systemer.<br />
By- og Landskabsstyrelsen (2009). Undersøgelse af: Mikrobiologiske Drikkevandsforureninger 2000 – 2002, omfang,<br />
årsager, aktion og sygdom.<br />
Boe-Hansen, R., Albrechtsen, H.-J., Arvin,E. & Spliid, H. (2003). Mikrobielle forureninger - Vi ser kun toppen af<br />
isbjerget. DanskVAND (71), 86-90.<br />
Projektet Aqua fingerprint er udført og finansieret af: Miljø DTU (Danmarks Tekniske Universitet), Afdeling for Marin<br />
Økologi (Danmarks Miljøundersøgelse), Krüger A/S og By- og Landskabsstyrelsen (Miljøministeriet).<br />
168 Session 4: Distributionssystem
Påvirker lett flyktige organiske forbindelser fra PEX rør menneskelig helse?<br />
Av Vidar Lund 1* , Mary Anderson-Glenna 1 , Ingun Skjevrak 2 og Inger-Lise Steffensen 1 ,<br />
Nasjonalt folkehelseinstitutt, Divisjon for miljømedisin, Avdeling for mat, vann og kosmetikk 1 , P.O.Box 4404<br />
Nydalen, NO-0403 Oslo, Norge, Statoil ASA, NO-4035 Stavanger, Norge 2<br />
*corresponding author and project leader, e-mail: vidar.lund@fhi.no, tel: +47 21 07 64 43, fax: +47 21 07<br />
66 86, web site: http://www.fhi.no.<br />
Abstract. Pipe-in-pipe systems are now commonly used to distribute water in many Nordic homes. The<br />
inner pipe for drinking water is made of a plastic called cross-linked polyethylene (PEX).<br />
Previous international studies have shown that plastic pipes can release substances that give an<br />
unwanted taste and odour to drinking water. It has also been suggested that some of these substances<br />
may be of health concern.<br />
The aim of this study was to investigate whether leakage products from these pipes are harmful to human<br />
health and if they affect the taste and odour of drinking water. These leakage products consist of residues<br />
of additives used during production to give plastic pipes their desired properties, as well as subsequent<br />
breakdown products.<br />
The migration tests were carried out in accordance with EN-1420-1, and volatile organic compounds<br />
(VOCs) were analysed by gas chromatography-mass spectrometry. The levels of VOC released from new<br />
PEX pipes were generally low, and decreasing with time of pipe use. Further, no association was found<br />
between production method of PEX pipes and concentration of migration products. 2,4-Di-tert-butyl phenol<br />
and methyl-tert-butyl-ether (MTBE) were two of the major individual components detected. In three new<br />
PEX pipes, MTBE was detected in concentrations above the recommended US EPA taste and odour value<br />
for drinking water, but decreased below this value after five months in service. However, after one year in<br />
use the threshold odour number (TON) values for two pipes were still similar to new pipes.<br />
For seven chemicals for which conclusions on potential health risks could be drawn, this was considered<br />
of no or very low concern. However, if water was left stagnant in the pipes for a couple of days the odour<br />
from some of these pipes could negatively affect drinking water for more than one year.<br />
Innledning<br />
I de senere år har rør-i-rør systemer kommet inn til erstatning for kobberrør for distribusjon av vann i<br />
husinterne rørsystemer. Ofte er disse rørene laget av kryssbundet polyetylen (PEX). Relativt lite<br />
informasjon foreligger vedrørende mulige helseeffekter ved å benytte drikkevann fra slike rør, da dette<br />
normalt ikke inngår ved testing av rør for bruk til vannforsyning. Da det nå stilles krav om rør-i-rør<br />
systemer i nye boliger og ved rehabilitering av gamle, er det av interesse å kartlegge mulige helserisiki<br />
forbundet med bruk av slike materialer, samt om det eventuelt kan gi opphav til lukt- og smaksproblemer<br />
på vannet.<br />
Termoplast typer, inkludert PEX, er vist å kunne lekke rester av tilsetningsstoffer som antioksidanter,<br />
stabilisatorer, limprodukter og deres nedbrytningsprodukter, som er benyttet under produksjonen for å gi<br />
plastrørene de ønskede egenskaper. Hvilke kjemikalier som inngår er relatert til hvilken prosess som er<br />
benyttet ved produksjon av PEX rørene, og det er tre prosesser som benyttes, med rør som derfor har fått<br />
betegnelsene PEX-a, PEX-b og PEX-c (Gätcher and Müller 1990; Brocca et al. 2000 and 2002; Denberg<br />
et al. 2007; Denberg et al. 2009). Tidligere undersøkelser har vist at PEX rør, under stagnante forhold,<br />
lekker organske komponenter til vannet, som bl.a. kan gi opphav til biofilmdannelse og lukt- og<br />
smaksulemper ( Anselme et al. 1986; Hem and Skjevrak 2002; Skjevrak et al. 2005; Skjevrak et al. 2003).<br />
Kun noen få av disse utlekkingsproduktene er identifisert. Studier har også vist at noen av disse stoffene<br />
kan være kreftfremkallende i større konsentrasjoner, og at noen opportunistiske patogener kan utvikle seg<br />
i biofilm i PEX rør, men ikke i kobberrør ( Rogers et al. 1994; Kerr et al. 1999; van der Kooij,<br />
Vrouwenvelder and Veenendaal 2003)<br />
Vi ønsket derfor å undersøke de fleste PEX rør på det nordiske marked, for å kartlegge om<br />
utlekkingsprodukter fra slike rør kunne ha en negativ helseeffekt og/eller en påvirkning på drikkevannets<br />
lukt og smak.<br />
Session 4: Distributionssystem 169
Materiale og metode<br />
Åtte ulike typer PEX-rør som markedsføres på det nordiske markedet ble testet for lett flyktige<br />
utlekkingsprodukter (VOC) etter en Europeisk Standard test for utlekkingsprodukter fra plastrør (EN<br />
12873-1 2003). Det ble testet både nye rør og rør som hadde vært i drift i 5 måneder. I tillegg ble en<br />
rørtype testet i en mindre dimensjon (mindre diameter) for å kunne si noe om hvordan volum til overflate<br />
forholdet influerte på utlekkingen av lett flyktige stoffer (VOC). Prepareringen av testvannet ble basert på<br />
CEN EN-1420-1 for testing av organoleptiske egenskaper (lukt- og smak) på drikkevann i kontakt med<br />
plastrør. (EN 1420-1, 1999). Denne metoden er basert på at vannet står stille i kontakt med rørmaterialet i<br />
tre perioder á 72 timer, hvorav vannet fra første og tredje utlekkingsperiode ble analysert for<br />
utlekkingsprodukter, mens vann fra andre utlekkingsperiode ble benyttet til lukt- og smakstest. De testede<br />
PEX rørene inkluderte både PEX-a, PEX-b og PEX-c rør. Ett polybutenrør (PB), som har vært foreslått<br />
som et alternativ til PEX rør, ble inkludert i testen for sammenlikning. Etter testing av nye rør, ble alle<br />
rørene inkludert i et pilotanlegg der strømningsforholdene alternerte mellom stagnante og strømmende<br />
vann, for å illudere strømningsforholdene i et vanlig bolighus. Magnetventiler åpnet for vannstrømmen tre<br />
ganger á 15 minutter/døgn. Lukt og smakstester ble utført både på nye rør og på rør som hadde vært i<br />
bruk i ett år.<br />
Ultrarent vann, fremstilt av kranvann vha ELGA Purelab Prima med partikkelfilter, forbehandlingsfilter,<br />
og omvendt osmose enhet, og vidrer gjennom en ELGA Purelab Ultra enhet, bestående av to trinns<br />
ionebytting, samt UV bestråling ved 254 og 185 nm for fotooksidasjon og ultrafilter som sluttpolering.<br />
Rørene ble preparert i henhold til EN-1420-1 og fylt med ultrarent vann, tettet i begge ender med<br />
glasskorker (forvarmet til 450 o C i 2 timer for å fjerne organiske forurensninger på glasskorkene) og<br />
inkubert ved romtemperatur i 72 timer. Rørene ble så tømt for testvann, som ble lagret på glassflasker,<br />
forvarmet på samme måte som for glasskorkene, og lagret kaldt til analyser ble gjennomført. Den samme<br />
prosedyren ble gjentatt 3 ganger for hvert rør, hvorav testvannet fra den andre 72 timers perioden ble<br />
benyttet til lukt- og smakstest (TON analyse).<br />
Lett flyktige stoffer (VOC) fra utlekkingstestene ble konsentrert fra 1 L testvann ved ••purge and trap<br />
method•• basert på ••open-loop stripping•• prinsippet (Skjevrak 1998). For en mer detaljert beskrivelse av<br />
denne metoden henvises til Lund et al. 2011. Ti referansestoffer ble benyttet for å kvantifisere de ulike<br />
utlekkingsproduktene.<br />
Lukt analyse (TON= Threshold Odour Number) ble utført i henhold til EN 1622 (EN 1622 1997), som er<br />
basert på en kvantitativ fortynningsmetode, basert på fem fortynningstrinn, fra ultrarent vann (TON=0) til<br />
TON=5. TON verdier >3 karakteriserer vannprøver med tydelig avvikende lukt.<br />
Tabell 1: Reference compounds used for quantification of migrated compounds:<br />
Referanse stoff CAS nummer (GC retention time)<br />
2-metylpropene CAS 115-11-7 (RT 0.95)<br />
2-metyl-2-propanol CAS 75-65-0 (RT 1.44)<br />
Metyl-tert-butyl ether (MTBE) CAS 1634-04-4 (RT 1.63)<br />
2-ethoxy-2-methyl-propane (ETBE) CAS 637-92-3 (RT 2.11)<br />
Di-tert-butyl peroxide CAS 110-05-4 (RT 4.63)<br />
5-metyl-2-hexanone CAS 110-12-3 (RT 8.95)<br />
1,3-di-tert-butyl benzene (1,3-DTBB) CAS 1014-60-4 (RT 22.12)<br />
2,6-di-tert-butyl phenol (2,6-DTBP) CAS 128-39-2 (RT 27.96)<br />
2,6-di-tert-butylp-benzoquinone (2,6-DTBQ) CAS 719-22-2 (RT 28.66)<br />
2,4-di-tert-butyl phenol (2,4-DTBP) CAS 96-76-4 (RT 29.66)<br />
Risiko analyse<br />
Den høyeste verdien av VOC fra hvert rør, uavhengig av hvilken av de tre 72 timers periodene dette var,<br />
ble lagt til grunn ved risikovurderingen av de enkelte stoffene. Som grunnlag for disse risikovurderingene<br />
170 Session 4: Distributionssystem
le den potensielle helserisikoen vurdert på basis av opplysninger gitt av Verdens helseorganisasjon<br />
(WHO 2008) eller US EPA (US EPA 1997), dersom opplysninger var tilgjengelige. Nasjonale positiv<br />
lister for materialer og kjemikalier i drikkevann i Tyskland (Umweltbundesamt, Germany 2009) og<br />
Nederland (Ministral Regulation, The Netherlands 2007) ble også sjekket og de få grenseverdiene som<br />
ble funnet der, ble også inkludert i vurderingen. I de fleste tilfellene ble det imidlertid ikke funnet noen<br />
grenseverdi for de funne stoffene.<br />
I disse tilfellene ble positiv listen for plastikkmaterialer for kontakt med mat sjekket for grenseverdier av<br />
de aktuelle stoffene, samt ••the Synoptic Document•• som lister opp slike stoffer (European Commission<br />
2002, European Commission 2005). For stoffer der det ikke ble funnet noen grenseverdi, ble tilgjengelige<br />
toksisitetsdata brukt i en risikovurdering for å beregne en tolerabel migrasjon(utlekking) til drikkevann.<br />
Verdier for ••Akseptabelt daglig inntak•• (ADI) eller ••Tolerabelt daglig inntak•• (TDI) beregnes vanligvis<br />
ved å dividere verdien for ••Ikke observert effekt nivå•• (NOAEL= Høyeste dose som ikke er vist å ha<br />
noen tydelig effekt i langtids dyreforsøk) med en Usikkerghetsfaktor (UF). Fra ADI eller TDI verdiene,<br />
kalkulert fra en NOAEL verdi dividert på UF, ble det så beregnet en TM verdi (Tolerabel<br />
migrasjon/utlekking). Videre kalkulasjoner er basert på inntak av 2L vann, en kroppsvekt på 25 kg for<br />
barn og 60 kg for voksne. DOC og TON verdier målt i testvannet fra utlekkingsforsøkene, som indikerer<br />
generelt utlekkingsnivå fra rørene, ble også tatt med i risikovurderingen.<br />
Resultater og konklusjon<br />
Antall utlekkingsprodukter identifisert ved GC-MS, som lakk ut fra PEX-rørene, varierte fra to<br />
kjemikalier til 27. Litt overraskende ble det ikke funnet noen sammenheng mellom produksjonsmetode<br />
for rørene og utlekkingsprodukter. Identifiserte utlekkingsprodukter som det finnes referansestoffer for og<br />
som det derfor har vært mulig å kvantifisere er gitt i tabell 2. I tillegg ble det påvist en rekke uidentifiserte<br />
utlekkingsprodukter som fremkom i GC-MS kromatogrammene, sannsynligvis ulike oksygenater, men<br />
konsentrasjonen av disse utgjorde kun en liten andel sammenliknet med de kjente komponentene.<br />
Tabell 2: A selection of identified leakage products from the analysed PEX pipes.<br />
2-methylpropene<br />
2-methyl-2-propanol<br />
5-methyl-2-hexanone<br />
2,6-DTBP (2,6-di-tert-butyl phenol)<br />
2,6-DTBQ (2,6-di-tert-butyl-p-benzoquinone)<br />
Ethoxy-2-methylpropane<br />
DTBP-peroxide<br />
1,3-DTBB (1,3-di-tert-butyl benzene)<br />
2,4-DTBP (2,4-di-tert-butyl phenol<br />
MTBE (Metyl-tert-butyl ether)<br />
2,4 di-tert-butyl-fenol og metyl-tert-butyl-eter (MTBE) var to av de vanligst forekommende stoffene som<br />
ble påvist i vannet i utlekkingsforsøkene. Ett av stoffene som ble påvist å lekke ut fra alle de testede PEXrørene<br />
var 2,6-di-tert-butyl-p-benzoquinon (2,6-DTBQ), i konsentrasjoner mellom 0,1 og 3,0 mikrogra/l.<br />
Totalt sett var nivåene av de lett flyktige organiske forbundelsene som lekket ut fra nye PEX-rør, generelt<br />
lave, og nivået ble ytterligere redusert når rørene hadde vært i bruk en stund.<br />
I tre typer av nye rør ble MTBE påvist i høyere konsentrasjoner enn de grenseverdiene som er anbefalt for<br />
lukt og smak på drikkevann av amerikanske myndigheter (USEPA), men verdiene ble redusert til under<br />
denne grenseverdien etter at rørene hadde vært i bruk en stund.<br />
Risikovurderingen, basert på den informasjonen som foreligger om de aktuelle utlekkingsstoffene som det<br />
var mulig å kvantifisere, konkluderte med at det ikke er noen helsefare forbundet med å drikke vann fra<br />
PEX-rør, selv om vannet hadde stått i kontakt med rørene over lengre tid (opptil 72 timer).<br />
Det testede polybutenrøret, som av enkelte er foreslått som et alternativ til PEX-rør, viste ikke utlekking<br />
av de stoffene som vi kunne kvantifisere, med unntak en svært høy verdi av 2,4-di-tert-butyl-fenol, på<br />
Session 4: Distributionssystem 171
1400 g/m 2 indre røroverflate. Noen få typer PEX-rør kan imidlertid gi langvarig uønsket lukt og smak<br />
på drikkevannet hvis vannet blir stående i rørene over lengre tid. Selv om lukt og smak på vannet stort<br />
sett forsvinner etter en tids bruk av PEX-rørene, hadde to av rørtypene fortsatt sjenerende lukt og smak på<br />
vannet etter ett års drift.<br />
Referanser<br />
Anselme, C., Bruchet, A., Mallevialle, J. and Fiessinger, F. 1986. Influence of polyethylene pipes on tastes and<br />
odours of supplied water. Proceeding of the Annual Conference of the American Water Works Association, p.<br />
1337-1350.<br />
Brocca, D., Arvin, E. and Mosbæk, H. 2000. Migration of organic additives from polyethylene pipelines into drinking<br />
water. In: 1st World Water Congress of the International Water Association, Paris, 3-7 July, 2000. CD-ROM,<br />
AGHTM, Paris.<br />
Brocca, D. Arvin, E. and Mosbæk, H. 2002. Identification of organic compounds migrating<br />
form polyethylene pipelines into drinking water.Water Res. 36: 3675-3680.<br />
Denberg, M., Arvin, E. and Hassager, O. 2007. Modelling of the release of organic compounds from polyethylene<br />
pipes to water. J. Water Supply Res. T. ••AQUA 56 (6-7): 435-443.<br />
Denberg, M., Mosbæk, H., Hassager, O. and Arvin, E. 2009. Determination of concentration profile and homogeneity<br />
of antioxidants and degradation products in a cross-linked polyethylene type A (PEXa) pipe. Polym. Test. 28:<br />
378-385.<br />
EN 1622 Water analysis. Determination of the threshold odour number (TON) and threshold flavour number (TFN),<br />
October 1997.<br />
EN 1420-1. Influence of organic materials on water intended for human consumption, Determination of odour and<br />
flavour assessment of water in piping systems. Part 1: Test method. CEN/TC164/WG3, 1999)<br />
European Commission 2002 Commission Directive of 6 August 2002 relating to plastic materials and articles<br />
intended to come into contact with foodstuffs (2002/72/EEC). Available from: URL: http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2002:220:0018:0058:EN:PDF.<br />
European Commission 2005 Synoptic document. Provisional list of monomers and additives notified to European<br />
Commission as substances which may be used in the manufacture of plastics or coatings intended to come into<br />
contact with foodstuffs (updated to June 2005), SANCO D3/AS D(2005). Available from: URL:<br />
http://www.contactalimentaire.com/fileadmin/ImageFichier_Archive/contact_alimentaire/Fichiers_Documents/Avis_<br />
de_AESA/synoptic_doc_en_-_version_June_2005.pdf.<br />
European standard EN 12873-1 2003. Influence of materials on water intended for human consumption ••Influence<br />
due to migration ••Part 1: Test method for non-metallic and non-cementitious factory made products.<br />
Gätcher, R. and Müller, H. 1990. Plastic additives handbook. Munich: Hanser.<br />
Hem. L. and Skjevrak, I. 2002. Potential water quality deterioration of drinking water caused by leakage of organic<br />
compounds from materials in contact with water. Presentation at NODIG Conference and Exhibition,<br />
Copenhagen.<br />
Kerr, C.J., Osborn, K.S., Roboson, G.D. and Handley, P.S. 1999. The relationship between pipe material and biofilm<br />
formation in a laboratory model system. J.Appl. Mocrobiol. 85: 29-38.<br />
Lund,V., Anderson-Glenna, M., Skjevrak, I. And Steffensen, I-L. 2011. Long-term study of volatile organic<br />
compounds from cross-linked polyethylene (PEX) pipes and effects on drinking water quality. J.Water and<br />
Health 9 (3): 483-497.<br />
Rogers, J., Dowsett, A.B., Dennis, P.J., Lee, J.V. and Keevil, C.W. 1994. Influence of Temperature and Plumbing<br />
Material Selection on Biofilm Formation and Growth of Legionella pneumophila in a Model Potable Water<br />
System Containing Complex Microbial Flora. Appl. Environ. Microbiol. 60 (5): 1585-1592.<br />
Skjevrak, I. 1998. Drinking water off-flavours ••can we identify their chemical constituents? <strong>Vatten</strong> 54: 209-212.(In<br />
Norwegian, English abstract).<br />
Skjevrak, I., Due, A., Gjerstad, K.O. & Herikstad, H. 2003. Volatile organic components migrating from plastic pipes<br />
(HDPE, PEX and PVC) into drinking water. Water Res. 37: 1912-1920.<br />
Skjevrak, I., Lund, V., Ormerod, K. & Herikstad, H. 2005. Volatile organic compounds in natural biofilm in<br />
polyethylene pipes supplied with lake water and treated water from the distribution network. Water Res. 39:<br />
4133-4141.<br />
Umweltbundesamt, Germany 2009 Guidelines for organic materials in contact with drinking water. Available from:<br />
URL: http://www.umweltbundesamt.de/wasser-e/themen/drinking-water/distribution.htm.<br />
US EPA 1997 Drinking Water Advisory: Consumer Acceptability Advice and Health Effects Analysis on Methyl<br />
Tertiary-Butyl Ether (MtBE). EPA-822-F-97-009. Available from: URL:<br />
http://www.epa.gov/waterscience/criteria/drinking/mtbe.pdf.<br />
Van der Kooij, D., Vrouwenvelder, J.S. & Veenendaal, H.R. 2003. Effect of pipe material on biofilm formation and<br />
growth of Legionella in an experimental plumbing system (in dutch). KIWA report KWR 02.090.<br />
172 Session 4: Distributionssystem
Identity and biodegradability of organic compounds migrating<br />
from PEX pipes used in water installations in buildings<br />
Erik Arvin, Hans-Jørgen Albrechtsen*, Charlotte B. Corfitzen, Zuzana Jelinková, Hans-<br />
Christian Lützhøft, Mikael E. Olsson, Sune T. Ryssel, & Christopher K. Waul.<br />
Technical University of Denmark. DTU Environment. Miljøvej 1, 2800 Kgs. Lyngby. Denmark.<br />
* Corresponding author, hana@env.dtu.dk.<br />
Abstract. Migration of organic compounds from PEX pipes used in water installations in buildings was<br />
investigated by batch set ups. Several compounds were identified and quantified. The organic compounds<br />
released to the water phase could support microbial growth and a few of the identified compounds<br />
decreased in concentration while the microbial number increased.<br />
Introduction<br />
Cross linked polyethylene (PEX) pipes are widely used in water installations in buildings due to the high<br />
flexibility and durability of the material. However, a range of organic compounds migrate from the<br />
polymers to the water phase (e.g. Brocca et al. (2002), Denberg, (2009), Denberg, et al. (2007; 2009),<br />
Jelínková (2011)). Many of such polymer materials in contact with drinking water lead to biofilm<br />
formation on the inner side of the pipes and to bacterial growth in the water phase (Kooij, et al. (2003,<br />
2006). This may be because the polymers offer a good surface for bacteria to grow on, but the released<br />
organic compounds may also be substrate for microorganisms in the distribution system (Corfitzen et al.<br />
2002). So far little information is available on the degradability of specific compounds released from the<br />
polymer pipes. Therefore, the purpose of our research was to identify and quantify the organic<br />
compounds which were released from PEX pipes and to determine the microbial growth potential of these<br />
compounds.<br />
Materials and methods<br />
Migration of specific organic compounds from the PEX pipes to the water were partly identified and<br />
quantified in batch tests. The investigated pipe material was a commercially available Tigris Pex-One<br />
(Wawin), which is VA approved for household installation for hot and cold water. The pipe was 40 m<br />
long, (inner diameter: 10 mm, outer diameter: 15 mm). The pipe was winded up and placed in a barrel<br />
and flushed with MilliQ water for 2 minutes before filling with sterile filtered (0.22 µm) MilliQ water<br />
(Figure 1). The water was in contact with the pipe for 3 days at 37ºC (Ryssel, 2011).<br />
A range of compounds were analyzed for using a newly developed head space solid phase<br />
microextraction gas chromatography mass spectrometry analytical method (HS-SPME-GC-MS). The<br />
principle of the method is that the water sample (10 mL) is first acidified to pH 2-3 in a 20-mL vial. An<br />
internal standard (n-pentylphenol) is then added and the head space is extracted by a<br />
polydimethylsiloxane/divinylbenzene (PDMS/DVB) solid phase micro extraction (SPME) fiber. The fiber<br />
is analyzed by gas chromatography with a Zebron ZB-5 HT column. The compounds are detected by<br />
mass spectrometry (MS) in selected ion monitoring (SIM) mode. Samples collected in the field are stored<br />
cold, and analyzed on arrival to the laboratory. Limit of detection for the selected compounds was less<br />
than 0.5 µg/L and limit of quantification was 1.5 µg/L. At the level of quantification the precision was<br />
less that than 20% and the accuracy was less than 30% (Holten Lützhøft et al., 2012).<br />
The release of non-volatile total organic carbon (NVOC) was also measured in the batch tests.<br />
To determine the bioavailable fraction of the organic compounds released from PEX, samples of the<br />
water which have been in contact with the pipe for 3-days were added inorganic nutrient and trace metals,<br />
Session 4: Distributionssystem 173
Figure 1. The set-up for investigation of migration of organic compounds from a PEX pipe.<br />
and were inoculated with naturally occurring bacteria from tap water (1% added). The bacterial growth<br />
was monitored by plate counting on R2A and by measuring ATP.<br />
Results and discussion<br />
The migration tests identified 2,6-di-tert-butyl-p-benzoquinone (CAS # 719-22-2), 2,4-di-tert-butylphenol<br />
(CAS# 96-76-4) and 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzaldehyde (CAS# 1620-98-0) as typical aromatic<br />
compounds released from the PEX pipes. After a contact time of 3 days at 37ºC, the concentrations of<br />
these specific compounds were in the range of 0.6-6 µg/L for fairly new pipes (used a few months).<br />
Additionally, five/six other compounds were observed under the LOD, not to mention the range of<br />
compounds not identified after the batch test experiments.<br />
The identified compounds are probably degradation products from antioxidants added to the polymer<br />
material.<br />
After a contact time of 1 day the concentrations of released NVOC were 100; and after 3 days it was 422<br />
µg/L for fairly new pipes. The aromatic compounds released only constituted a minor fraction of the<br />
NVOC, in the order of 1%. The rest are probably unidentified polymer compounds.<br />
The biomass growth and the removal of NVOC were analyzed simultaneously. The heterotrophic plate<br />
count (HPCR2A, 14 d, 20ºC) peaked at a level of 6•10 5 CFU/mL as the NVOC decreased from 422 µg /L<br />
to a low steady state level (ca. 50 µg/L). The biodegradability of the individual aromatic compounds<br />
added as pure compounds was also determined using the naturally occurring bacteria from tap water as<br />
inoculums. Some of the compounds were biodegradable, others were not. Generally, a significant fraction<br />
of the aromatic compounds could be detected after 30 days of biodegradation.<br />
174 Session 4: Distributionssystem
This study is probably the first that combines release of organic compounds from a polyethylene pipe<br />
material and subsequent determination of the biodegradability of both unspecific NVOC and specific<br />
antioxidant-related aromatic compounds. This information is important when evaluating the impact of<br />
PEX pipes on the chemical and biological water quality in installations in buildings.<br />
References<br />
Brocca, D., Arvin, E., Mosbæk, H., (2002), Identification of organic compounds migrating from polyethylene<br />
pipelines into drinking water. Wat. Res., 36, 3675-3680<br />
Denberg, M., (2009). Release of organic compounds from polymer pipes used in drinking water distribution. PhD<br />
thesis. Technical University of Denmark (DTU).<br />
Denberg, M., Arvin, E., Hassager, O., (2007). Modeling of the release of organic compounds from polyethylene pipes<br />
to water. J. Water Supply: Research and Technology - AQUA, 56(6-7), 435-443.<br />
Denberg, M. Mosbæk, H., Hassager, O., Arvin, E., (2009). Determination of the concentration profile and<br />
homogeneity of antioxidants and degradation products in a cross-linked polyeth-ylene type A (PEXa) pipe.<br />
Polymer Testing, 28(4), 378-385.<br />
Holten Lützhøft HC, Waul CK, Andersen HR, Seredynska-Sobecka B, Mosbæk H, Christensen N, Olsson M, Arvin<br />
E. (2012). HS-SPME-GC-MS analysis of antioxidant degradation products migrating to drinking water from PE<br />
materials and PEX pipes. Int. J.Env. Analytical Chemistry. In review.<br />
Jelínková, Z. (2011). Investigation of antioxidant degradation products from PE and PP drinking water bottles and<br />
PEX pipes into drinking water: Analysis and quantification. M.Sc. thesis. Technical University of Denmark<br />
(DTU).<br />
Kooij, D. van der, H.-J. Albrechtsen, C.B. Corfitzen, J. Ashworth, I. Parry, F. Enkiri, B. Hambsch, C. Hametner, R.<br />
Kloiber, H.R. Veenendaal, D. Verhamme, E.J. Hoekstra. (2003). Assessment of the microbial growth support<br />
potential of products in contact with drinking water. CPDW project. Development of a harmonized test to be used<br />
in the European Acceptance Scheme concerning CPDW. (Construction Products in contact with Drinking Water).<br />
European Commission. EUR 20832 EN.<br />
Kooij, D. van der, P.K. Baggelaar, H.R. Veenendaal, L. Moulin, C.B. Corfitzen, H-J Albrechtsen, D. Holt & B.<br />
Hambsch, (2006). Standardising the Biomass Production Potential method for determining the enhancement of<br />
microbial growth of Construction Products in contact with Drinking Water - Inter-laboratory testing. European<br />
Commission. Grant Agreement nbr. SI2.403889.<br />
Ryssel, S.T. (2011). Afgivelse og bionedbrydning af organiske stoffer fra PEX-rør..B.Sc.thesis. Technical University<br />
of Denmark (DTU).<br />
Corfitzen, C.B., H.-J. Albrechtsen,, E. Arvin, C. Jørgensen, & R. Boe-Hansen, (2002). Afgivelse af organisk stof fra<br />
polymere materialer - mikrobiel vækst (Release of organic compounds from polymers - microbial growth, in<br />
Danish). Miljøstyrelsen, København. Miljøprojekt, 718.<br />
Session 4: Distributionssystem 175
Sektionering i Hvidovre Forsyning – Planlægning, udførelse og<br />
overvågning<br />
Lars Isager Hedegaard*, Gitte Marlene Jansen **, Michaela Bloch Eiris ***<br />
* Hvidovre Forsyning A/S, Bibliotekvej 52, 2650 Hvidovre, lars.isager.hedegaard@hvidovreforsyning.dk<br />
** ALECTIA A/S, Teknikerbyen 34, Virum, gmj@alectia.com<br />
*** ALECTIA A/S, Teknikerbyen 34, Virum, mbei@alectia.com<br />
Abstract in English.<br />
Hvidovre Forsyning has as their stated objective to minimize Non-Revenue Water (NRW) based on the<br />
fact that in Denmark a water charge has been imposed on water supplies when NRW exceeds 10 per cent<br />
of the pumped volume of water. Furthermore, Hvidovre Forsyning has as their stated objective to control,<br />
monitor and survey the quality of water at key locations in the distribution network and secure that each<br />
source of supply provides clearly defined areas. Based on this Hvidovre Forsyning divided the distribution<br />
network in 15 sections. The sectioning of the water distribution system minimizes and controls any<br />
possible spreading of pollution in an emergency situation and at the same time the sectioning of the<br />
system allows for the option to survey and take action against NRW. In planning of the sectioning targets<br />
such as security of supply, separation of supply sources, types of consumption (industries, institutions,<br />
households, etc) and minimizing, NRW forms the basis of the physical delimitation. The sectioning is<br />
planned in such a way that for example industrial areas are isolated in separate areas and the<br />
consumption in each section allows for registration of NRW down to 2.5-5 m 3 /h.<br />
After planning the sectioning Hvidovre Forsyning has established the sections physically during a period of<br />
three years. Establishing the sections includes temporary block off of the sections (closure of valves) and<br />
carrying out pressure measurements (also called 0-pressure measurements) to verify that all sections<br />
have been established. After having made sure that the sections are functioning properly, the sections are<br />
permanently established by blinding off the pipes that cross the section boundaries.<br />
Each section is supplied through one or two measure points and additional entrances are pointed out. In<br />
connection with the measure point a check valve is installed. By doing this it is secured that the water<br />
which flows into the section cannot flow back to the water distribution system and cause pollution arisen in<br />
the section. In the measure points parameters as pressure, flow and quality of the water (temperature and<br />
test cock) are surveyed by a SCADA-system (Supervisory Control And Data Acquisition).<br />
Based on the SCADA-system data recorded in the measure points, Hvidovre Forsyning has a web-based<br />
tool that creates an overview of the level for NRW. This tool gives a geographical overview of the<br />
sectioning and alarms in case the consumption during night-time exceeds the set levels of alarm. The<br />
levels of alarm regarding NRW are set based on modeling, and are verified by each section being<br />
examined by leak detecting immediately after the establishment. Besides the option of prompt reaction in<br />
case of immediate leakages, the surveillance program allows for long-term planning of the leak detection<br />
effort. By using key figures regarding the level of NRW in each section, the sections can be compared. The<br />
key figures include analyses from NRW/km pipeline in the section as well as the costs of each section by<br />
leak detection. On the basis of these data a cost benefit analysis is carried out so that Hvidovre Forsyning<br />
can focus their leak detection on the most profitable sections.<br />
The result of the sectioning is that Hvidovre Forsyning knows which sections are supplied from which<br />
sources and that any pollution incident quickly and efficiently can be identified to a defined area. Besides,<br />
Hvidovre Forsyning has a tool which creates an overview of NRW and thus time can be saved during<br />
operation as Hvidovre Forsyning can take action directly against increased NRW.<br />
176 Session 4: Distributionssystem
Abstract in Danish.<br />
Hvidovre Forsyning har som målsætning at minimere Non-revenue water (NRW) bl.a. med baggrund i, at<br />
der i Danmark er pålagt forsyningerne en vandafgift når NRW overstiger 10 % af den udpumpede<br />
vandmænge. Desuden har Hvidovre Forsyning også en målsætning om at kontrollere og overvåge<br />
vandkvaliteten på centrale steder i distributionsnettet og sikre, at hver forsyningskilde forsyner klart<br />
afgrænsede områder. Med baggrund i dette har Hvidovre Forsyning opdelt distributionsnettet i 15<br />
sektioner. Sektioneringen af ledningsnettet minimerer og kontrollerer en evt. forureningsspredelse i en<br />
nødsituation og giver mulighed for at overvåge og sætte ind mod NRW. I planlægningen af sektioneringen<br />
er det målsætninger om forsyningssikkerhed, kildeadskillelse, forbrugstyper (industri, institutioner,<br />
husholdning mm.) og NRW der danner grundlag for den fysiske afgrænsning. Sektionsinddelingen er<br />
således planlagt så eksempelvis industriområder inddeles i separate områder og så forbruget i hver<br />
sektion muliggør registrering af NRW ned til 2,5-5 m 3 /h.<br />
Efter planlægningen af sektioneringen har Hvidovre Forsyning etableret sektionerne fysisk i løbet af en tre<br />
årsperiode. Heri indgår midlertidig aflukning af sektioner (ventillukninger) og udførelse af trykmålinger<br />
(også kaldet 0-tryksmålinger) for at sikre, at sektionerne er helt aflukkede. Når det er sikret, at sektionerne<br />
fungere efter hensigten, etableres sektionerne permanent ved at afproppe de ledninger, der krydser<br />
sektionsgrænser.<br />
Hver sektion forsynes gennem én eller to målerbrønde, og der udpeges eventuelt reserveindgange. I<br />
forbindelse med målerbrønden etableres kontraventil. Hermed sikres, at det vand, der løber ind i<br />
sektionen, ikke kan løbe tilbage i ledningsnettet og sprede en eventuel forurening, der er sket inde i<br />
sektionen. I målerbrøndene overvåges tryk, flow og vandkvalitet (temperatur og prøvehane), via SRO<br />
anlægget.<br />
Med udgangspunkt i SRO data fra målerbrøndene har Hvidovre Forsyning et web baseret værktøj, der<br />
sikrer overblik over niveauet for NRW. Værktøjet giver geografisk overblik over sektioneringen og alarmer,<br />
hvis nattimeforbruget overskrider de fastsatte alarmniveauer. Alarmniveauet for NRW fastsættes ud fra<br />
modelberegninger og verificeres ved, at hver sektion lækagedetekteres umiddelbart efter etableringen.<br />
Overvågningsprogrammet giver udover mulighed for reagerer hurtigt på akutte lækagehændelser desuden<br />
grundlag for langsigtet planlægning af lækagesøgningsindsatsen. På baggrund af nøgletal for niveauet af<br />
NRW i de enkelte sektioner kan sektionerne sammenlignes. Nøgletallene omfatter bl.a. analyser af<br />
NRW/km ledning i sektionen samt hvad det koster at lækagesøge de enkelte sektioner. Med baggrund i<br />
disse data udføres en cost benefit analyse så forsyningen kan målrette lækagesøgningen mod de<br />
sektioner, hvor der fås mest for pengene.<br />
Resultatet af sektioneringen i Hvidovre Forsyning er, at forsyningen har styr på, hvilke sektioner der<br />
forsynes fra hvilke forsyningskilder og en eventuel forureningshændelse hurtigt og effektivt kan indkredses<br />
til et afgrænset område. Desuden har Hvidovre Forsyning et værktøj, der giver overblik over NRW og<br />
dermed kan der spares tid i driften, idet der målrettet kan sættes ind mod forhøjet NRW.<br />
Planlægning af sektionering<br />
I følge dansk lovgivning (Vandafgiftsloven) skal vandforsyninger betale vandafgift til staten for den del<br />
af vandtabet (forskellen mellem udpumpet og afregnet vandmængde) der ligger over 10 %<br />
/Vandafgiftloven/. Denne afgift har påvirket de danske vandforsyningers bevidsthed til at holde Nonrevenue<br />
water (NRW) i ledningsnettet på et minimum.<br />
Flere faktorer spiller ind når NRW skal holdes nede. Disse faktorer omfatter ledningsnettets tilstand,<br />
trykforholdene, typen af forbrugere, ledningsnettes udstrækning samt vandforsyningens indsats for at<br />
opspore lækager. Sektionering af ledningsnettet er blot en blandt mange metoder til at opspore og sætte<br />
ind imod lækager i ledningsnettet. En stadig stigende andel af de danske vandforsyninger har dog siden<br />
indførslen af vandafgiften i 1994 brugt sektionering som et led i intelligent overvågning af NRW.<br />
Hvidovre Forsyning distribuerer vand gennem 210 km ledningsnet hovedsageligt i bymæssig bebyggelse.<br />
NRW i Hvidovre Forsyning har generelt set været faldende i perioden fra 1985 frem til 2010 (figur 1). I<br />
Session 4: Distributionssystem 177
2011 var NRW niveauet ca. 7 %, hvilket er under landsgennemsnittet i Danmark som i 2011 var ca. 9 %<br />
/DANVA, (2011)/.<br />
Figur 1 Udvikling i NRW i Hvidovre Forsyning. /Hvidovre Forsyning (2010)/. Værdier for 2004 og 2005 er<br />
taget ud, idet der for disse år var målerfejl ved indpumpningen fra Købemhavns Energi.<br />
Hvidovre Forsyning besluttede i 2009, at få udarbejdet en udbygnings og renoveringsplan i det følgende<br />
benævnt UR-Plan. Et centralt element i denne plan var at gennemfører en sektionering af ledningsnettet.<br />
Der var flere incitamenter til at Hvidovre Forsyning på dette tidspunkt valgte at gennemfører en<br />
sektionering af ledningsnettet. Man ønskede dels at nedbringe og overvåge NRW og dels at sikre sig mod<br />
spredning af en eventuel forurening i ledningsnettet. Yderligere var det målet at sikre en ensartet<br />
vandkvalitet, hvilket er særligt vigtigt for de mange industrivirksomheder, som Hvidovre Forsyning har<br />
som kunder. En ensartet vandkvalitet har netop haft stor betydning i planlægningen af sektioneringen, idet<br />
vandet indenfor Hvidovre Forsyning består af en blanding af vand fra Hvidovre Vandværk, og en række<br />
indpumpninger fra KE (Københavns Energi). Forsyningen fra KE sker via fem stationer forsynet fra hhv.<br />
Regnemark og Thorsbro vandværk.<br />
Med udgangspunkt i overstående har det helt centrale i planlægningen af sektioneringen været at kunne<br />
adskille forsyningskilderne i daglig drift således, at hver sektion kun forsynes fra en forsyningskilde.<br />
Dermed forsyner hver enkelt kilde veldefinerede områder, og der skabes kontrol over forsyningen i en<br />
forureningssituation, og risikoen for en eventuel forureningsspredning reduceres. Ligeledes var det<br />
centralt at sektionerne havde en størrelse og sammensætning af forbrugstyper, der gjorde det muligt at<br />
måle NRW i størrelsesorden 2,5-5 m 3 /h. Der blev i planlægningen lagt vægt på at adskille forbrugstyper<br />
med meget varierende forbrugsmønster (industri) fra de meget systematiske forbrugsmønstre<br />
(husholdninger). Særligt i sektioner med betydeligt husholdningsforbrug er der gode muligheder for at<br />
detektere NRW, idet forbrugsmønsteret her som nævnt er meget systematisk, og nattimeforbruget vil<br />
derfor være forholdsvis konstant.<br />
I figur 2 ses den planlagte sektionering i Hvidovre Forsyning.<br />
178 Session 4: Distributionssystem
Figur 2 Oversigt over sektionering i Hvidovre Forsyning.<br />
Figuren viser at ledningsnettet inddeles i 15 sektioner, og at nettet kategoriseres i tre ledningskategorier<br />
(transmissionsledninger, distributionsledninger og forsyningsledninger). Transmissionssystemet,<br />
forbinder vandværk og indpumpningerne fra KE, og forsyner de enkelte sektioner.<br />
Transmissionsledningerne etableres som udgangspunkt uden tilslutning af stikledninger.<br />
Sektionerne indeholder distributionsledninger og forsyningsledninger. Distributionsledninger er<br />
afgørende for distribution af vand internt i den enkelte sektion. De krydser dermed ikke sektionsgrænser,<br />
men distribuerer vand til forsyningsledningerne, som forsyner forbrugerne.<br />
Til hver sektion etableres som udgangspunkt to indgange, hvoraf mindst den ene udgøres af en<br />
målerbrønd mens den anden kan være en reserveindgang (lukket ventil i daglig drift).<br />
I figur 3 ses sammensætningen af forbrugstyperne indenfor hver sektion. I Hvidovre Forsyning skelnes<br />
mellem fem forskellige forbrugstyper (enfamiliehus, erhverv, offentlige ejendomme, fritid og<br />
etageejendomme).<br />
Session 4: Distributionssystem 179
Figur 3 Oversigt over forbrugstyper for 14 sektioner i Hvidovre Forsyning.<br />
Af figuren ses, at forbruget i alle sektioner med undtagelse af Avedøre Holme hovedsageligt stammer fra<br />
enfamiliehuse og etageejendomme, hvilket giver gode muligheder for at overvåge NRW. På Avedøre<br />
Holme, er forbruget næsten udelukkende erhverv, og dermed meget varierende. Det kan derfor være<br />
vanskeligt at overvåge NRW i denne sektion, og det kan derfor være nødvendigt at etablere<br />
fjernaflæsning hos udvalgte forbrugere i dette område.<br />
Udførelse<br />
Efter planlægningen af sektioneringen besluttede Hvidovre Forsyning at etablerede de to første sektioner i<br />
2010, og yderligere fire sektioner i 2011. De resterende sektioner forventes etableret i 2012. Hvidovre<br />
Forsyning har dermed opnået et fuldt sektioneret ledningsnet indenfor en tre års periode.<br />
For at kunne realisere dette har man valgt at prioritere de såkaldte strukturelle projekter frem for de<br />
tilstandsbaserede renoveringsprojekter. Det betyder, at projekter, der er relateret til sektionering<br />
(målerbrønde, afskæring og omlægning af ledningsforbindelser mm.), opprioriteres i forhold til de<br />
projekter, der har med ledningernes tilstand at gøre herunder udskiftning af støbejerns ledninger.<br />
Etableringen af hver enkelt sektion udføres i en række steps. Første step er at etablere en midlertidig<br />
aflukning af den enkelte sektion. Den midlertidige aflukning udføres ved, at der udpeges en række<br />
ventiler langs sektionsgrænsen, som aflukkes. Når den midlertidige aflukning er gennemført, udføres en<br />
såkaldt ”0-tryks måling”, som skal sikre, at den midlertidige aflukning langs sektionsgrænsen lukker tæt<br />
og at eventuelle ukendte ledningsforbindelser, der krydser sektionsgrænsen, identificeres. Hvis driften af<br />
den midlertidige sektionering har forløbet tilfredsstillende, kan den permanente aflukning etableres, når 0tryksmålingen<br />
er gennemført. I den permanente aflukning afproppes/afskæres ledningsforbindelserne, der<br />
har været aflukket med ventil i den midlertidige sektionering, og der etableres målerbrønde som indgang<br />
til sektionen. I målerbrøndene etableres flowmåler, trykmåler, temperaturføler, prøvehane til udtag af<br />
vandprøver og kontraventil. Ved etablering af kontraventil i målerbrønden sikres, at det vand, der løber<br />
ind i sektionen, ikke kan løbe tilbage i ledningsnettet og sprede en eventuel forurening, der er opstået inde<br />
i sektionen. I figur 4 ses målerbrønde som er etableret i Hvidovre Forsynings ledningsnet.<br />
180 Session 4: Distributionssystem
Figur 4 Målerbrønde klar til etablering.<br />
I figur 5 ses de tiltag, der skulle gennemføres for at etablere de to sektioner Hvidovre Nordøst og<br />
Hvidovre Nordvest. Figuren viser, at der skal udføres en række aflukninger betegnet med A1-A7 og<br />
reserveindgange R1 og R2, samt målerbrønd MB.NØ. Det fremgår også, at der i forbindelse med<br />
sektioneringen er en række flaskehalse som bør udbedres. Disse flaskehalse (F1-F4) er identificeret i<br />
forbindelse med de modelberegninger, der er udført i planlægningen af sektioneringen.<br />
Figur 5 Oversigt over tiltag I forbindelse med sektionering af sektionerne Hvidovre Nordvest og Hvidovre<br />
Nordøst. Forkortelserne F1-F4 står for flaskehalse, R1 og R2 er reserveindgange, A1-A7 er aflukninger og<br />
MB.NØ er målerbrønd.<br />
Ved etablering af sektioneringen er det vigtigt at inddrage driftspersonalet. Fra første færd har udvalgte<br />
driftspersoner derfor deltaget aktivt i processen og givet deres bud på tidsforbrug ved etablering af<br />
permanente afpropninger m.m. Driftspersonerne har endvidere deltaget i besøg hos Vandcenter Syd og<br />
Svendborg Vand for at drage nytte af deres erfaringer med sektionering.<br />
Overvågning<br />
Selvom Hvidovre Forsyning endnu ikke har et fuldt sektioneret ledningsnet, har man allerede haft gode<br />
driftserfaringer med sektioneringen i de områder, hvor den er etableret. Især er det overvågningen af<br />
NRW, der er den umiddelbare gevinst ved sektioneringen. Måling af nattimeforbruget i målerbrøndene<br />
giver en god indikation af, om der er et forøget forbrug indenfor hver sektion.<br />
Med udgangspunkt i SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) data fra målerbrøndene har<br />
Hvidovre Forsyning et web baseret værktøj, der sikrer overblik over niveauet for NRW. Værktøjet giver<br />
Session 4: Distributionssystem 181
geografisk overblik over sektioneringen og alarmer hvis nattimeforbruget overskrider de fastsatte<br />
alarmniveauer. Alarmniveauet for NRW fastsættes ud fra modelberegninger og verificeres ved, at hver<br />
sektion lækagedetekteres umiddelbart efter etableringen. Overvågningsprogrammet giver udover<br />
mulighed for reagerer hurtigt på akutte lækagehændelser desuden grundlag for langsigtet planlægning af<br />
lækagesøgningsindsatsen. På baggrund af nøgletal for niveauet af NRW i de enkelte sektioner kan<br />
sektionerne sammenlignes. Nøgletallene omfatter bl.a. analyser af det specifikke lækagetab NRW/km<br />
ledning i de enkelte sektioner samt, hvad det koster at lækagesøge de enkelte sektioner. Med baggrund i<br />
disse data udføres en cost benefit analyse så forsyningen kan målrette lækagesøgningen mod de sektioner,<br />
hvor der fås mest for pengene.<br />
I figur 6 ses udviklingen i nattimeforbruget sammenholdt med det teoretisk midlede nattimeforbrug for en<br />
sektion i Hvidovre Forsyning.<br />
Figur 6 Udvikling i nattimeforbrug (m3/h) i sektion Hvidovre Nordvest.<br />
Det fremgår af figur 6, at NRW i sektionen formodes at være i størrelsesorden 9 m 3 /h over den viste<br />
periode på ca. 14 dage. Grafen viser, at hverken det midlede nattimeforbrug (midlet værdi mellem kl. 02<br />
og 04, baseret på 15 min. værdier) eller minimum nattimeforbruget (det mindste forbrug målt mellem kl.<br />
02 og 04, baseret på midlet 15 min. værdier) nærmer sig det teoretiske midlede nattimeforbrug (beregnet<br />
værdi baseret på modelberegning). Da den omtalte sektion hovedsageligt består af forbrugstyperne<br />
enfamiliehus og etageejendom, ville man forvente at minimum nattimeforbruget ville være nær 0 m 3 /h, i<br />
hvert tilfælde nogle nætter. Dette er endnu en indikation på, at der kan være lækage i sektionen, og at der<br />
indenfor nærmeste fremtid bør sættes ind med finlokalisering af NRW i sektionen.<br />
I figur 7 ses et eksempel fra en sektion, hvor overvågningen indikerer, at der ikke er lækage. Figuren<br />
viser, at det midlede nattimeforbrug er meget lig det teoretisk beregnede, og at minimum nattimeforbruget<br />
mange nætter nærmer sig 0 m 3 /h.<br />
182 Session 4: Distributionssystem
Figur 7 Udvikling I nattimeforbrug (m 3 /h) i sektion Hvidovre Nordøst.<br />
Sammenfatning<br />
Hvidovere Forsyning har gennem sektioneringen af ledningsnettet fået opfyldt de målsætninger der blev<br />
defineret ved opstart af projektet. Inddelingen af ledningsnettet i mindre enheder har betydet, at det er<br />
muligt at overvåge NRW i ledningsnettet og sætte intelligent ind overfor lækagerne. Desuden er<br />
overvågningen af nattimeforbruget et godt og enkelt værktøj, som specielt driftspersonalet finder meget<br />
motiverende i forbindelse med finlokalisering af lækagerne.<br />
Sektioneringen har desuden betydet, at Hvidovere Forsyning har fået adskilt forsyningskilderne således,<br />
at en eventuel forurening fra en kilde ikke vil spredes til hele forsyningsnettet, men vil forblive i et<br />
afgrænset område af ledningsnettet.<br />
En anden effekt af sektioneringen er, at Hvidovre Forsyning i målerbrøndene ved indgangen til de enkelte<br />
sektioner måler tryk og flow. Disse målinger har stor værdi for kalibrering og brug af<br />
ledningsnetmodeller, og vil i fremtiden kunne anvendes i en online model som beregner tryk og flow i<br />
hele ledningsnettet baseret på online målinger b.la. i de etablerede målerbrønde.<br />
References<br />
Vandafgiftsloven. Lov om afgift af ledningsført vand. Lovbekendtgørelse nr. 675 af 13. juli 1994.<br />
DANVA (2011). Vand i tal, DANVA Benchmarking 2011, s 29.<br />
Hvidovre Forsyning (2010). Teknisk bilagsrapport indvinding og vandbehandling 2010, s36.<br />
Session 4: Distributionssystem 183
Relining of water mains and drinking water pipes in buildings<br />
Pelto-Huikko Aino*, Kaunisto Tuija**<br />
* WANDER Nordic Water and Materials Institute / Prizztech Ltd., Sinkokatu 11, FI-26100 Rauma, Finland,<br />
aino.pelto-huikko@wander.fi<br />
** WANDER Nordic Water and Materials Institute / Prizztech Ltd., Sinkokatu 11, FI-26100 Rauma, Finland,<br />
tuija.kaunisto@wander.fi<br />
Abstract. Assessment of conformity of the lining material and carefulness of the work performance is a<br />
requirement for a safe and long-lasting relining. Thus, in order to assure safety and durability national<br />
guidance and recommendations concerning work performance are needed as well.<br />
In Finland, relining is done in pipes with epoxy resin coating and in water mains with cement mortar lining.<br />
However, at the moment there is no decree-based national acceptance scheme or quality control for these<br />
lining and coating materials in Finland. For water pipes in buildings, the practices of local building<br />
inspection authorities and site supervision vary a lot. Relining of water mains is not within the building<br />
inspection, the decision is made by waterworks itself.<br />
In Finland, nearly all epoxy resin coatings in use have been stated to be safe to use in contact with<br />
drinking water by VTT Expert Services Ltd. However, at the moment it is not known whether there are<br />
harmful substances that might affect human health leaching from these relining materials while in use. In<br />
addition, there is not enough knowledge on the harmful concentrations to health of all the compounds<br />
possibly leaching from these materials. The tests concerning the safety of the lining material have not been<br />
conducted on cement mortar linings.<br />
Nevertheless, despite the material of the pipes or the relining the users should always remember the<br />
Finnish recommendation to take all the water for drinking or cooking from the cold water faucet and even<br />
then to run it cold.<br />
Independent national research including both pipe and water samples is needed to evaluate the safety and<br />
durability of relining techniques.<br />
Introduction<br />
Renovation of drinking water and sewage pipes is current in many housing companies because of the<br />
aging of the pipes. Many renovation techniques are used e.g. relining of pipes which is done for drinking<br />
water networks both in buildings and in waterworks. The relining material for metal pipes in buildings is<br />
epoxy resin and for steel and cast iron pipes in waterworks it is cement mortar.<br />
No harmful substances affecting human health can leach out from the materials used in drinking water<br />
networks. In 2011, WANDER Nordic Water and Materials Institute studied both the situation of relining<br />
and assuring the safety of lining materials in Finland in a project financed by the Ministry of the<br />
Environment, the Ministry of Social Affairs and Health, The Finnish Real Estate Federation, the<br />
Development Trust of the Finnish Water Utilities Association and the Federation of Finnish Financial<br />
Services. No experimental research was done in the project. The results of the project were published in a<br />
Finnish report.<br />
Relining in Finland<br />
The situation of relining in Finland is somewhat confusing. As for relining the water pipes in buildings<br />
the official supervision e.g. practices of the building supervision vary locally. There is no harmonized<br />
recommendation for site supervision either. The Finnish Real Estate Management Federation has<br />
184 Session 4: Distributionssystem
published a study according to which in the greater Helsinki region the relining of water pipes has<br />
overtaken a market share of 1 % within the pipe renovations (The Finnish Real Estate Management<br />
Federation 2011). Networks of waterworks are not within the building inspection.<br />
There is no independent research done on the durability of the relined pipes. Although the inner lining<br />
of pipes can be considered as a leakage preventive action, the attitude of the Finnish insurance companies<br />
towards the relining of water pipes has been almost unanimously unfavourable. (Pelto-Huikko &<br />
Kaunisto 2012)<br />
At the moment there is no decree-based national acceptance scheme or quality control for these lining<br />
and coating materials in Finland. Suitability of the epoxy resin coatings to water pipes is attested now<br />
with foreign certificates or expert••s opinion of VTT Expert Services. A voluntary certificate of VTT<br />
Expert Services on relining of water pipes including demands on the properties of organic lining<br />
materials, the work performance and the quality control has been introduced in 2010. By the end of 2011<br />
not a single company has carried out this certificate. However, it is noticeable that the assessment of<br />
suitability this certificate requires for the lining material for drinking water use is not fully extensive in<br />
every part.<br />
The legislation concerning water supply systems in Finland<br />
According to the Drinking Water Directive (Council Directive 98/83/EC) and the Finnish decree on<br />
drinking water (Parliament of Finland 2000) the substances or the new equipment used in water treatment<br />
or water supply cannot assign impurities to drinking water to greater amount than necessary to make their<br />
use possible and they cannot endanger the fulfillment of the quality demands of drinking water stated in<br />
the decrees. This applies both to the pipes of the waterworks and to the materials of the water supply<br />
system in buildings. According to the building regulations that apply to water supply systems in buildings<br />
(Ministry of the Environment 2007) acceptability of the materials and products has to be verified with<br />
appropriate procedures. However, there are no comprehensive national regulations for product approval<br />
in drinking water systems in Finland.<br />
According to the regulation of EU laying down harmonised conditions for the marketing of<br />
construction products (Regulation (EU) No 305/2011) there will be a mandatory CE marking for<br />
construction products in 2013 but the preparatory work for the CPDW product approval (Construction<br />
Products in contact with Drinking Water) for the construction products in contact with drinking water is<br />
still under preparation. It is also unclear whether the lining materials belong to the CPDW product<br />
approval. Nevertheless, the CPDW evaluation and test methods associated with the CE marking of<br />
construction products and most probably adopted in the EU countries can be used to assure the safety of<br />
the lining materials of water pipes.<br />
In a building a building permit is needed if the intended work might have an effect on the safety or<br />
state of health of the inhabitants. The relining of the inner pipes can be considered to require a permit<br />
assessment of the local building authority because it might have an effect on the safety or state of health<br />
of the inhabitants.<br />
Suitability of the lining materials to water mains<br />
Nearly all studied epoxy resin coatings used in Finland has been tested by VTT Expert Services Ltd.<br />
Because there is no official demands for the assessment of suitability of the lining materials to drinking<br />
water in Finland, VTT has used the same test procedures and requirements than in the type approval<br />
instructions based on the decrees of the Ministry of the Environment concerning the suitability of plastic<br />
pipes to drinking water use. According to the test results of VTT, no great amounts of harmful substances<br />
are leaching from the epoxy resin coatings. The tested coatings have been estimated to be suitable for<br />
cold or cold and warm domestic water pipes.<br />
However, these evaluations and tests don••t fully correspond with the CPDW approval (Construction<br />
Products in contact with Drinking Water) product approval procedures associated with the CE marking<br />
that most probably will be adopted for the construction products in contact with drinking water. These<br />
procedures include the tests for taste and odour, leaching of harmful substances and material induced<br />
enhancement of microbial growth on surface for organic materials (plastics, rubbers).<br />
Session 4: Distributionssystem 185
No corresponding tests have been done for cement mortar linings than for epoxy resin coatings. Raw<br />
materials for cement mortar are Portland cement, sand and water. According to the companies doing the<br />
linings no additives are used when the pipes are relined.<br />
For assessment of suitability of the lining materials a CPDW based type approval is proposed. Raw<br />
materials of the organic lining materials have to be on the positive lists i.e. toxicological evaluations have<br />
been made for them. Raw materials of the cement mortar lining materials should be on the positive lists as<br />
well. Type approval tests mentioned in Table 1 should be done on all lining materials.<br />
Table 1 The type approval based laboratory tests for the organic and cement based materials<br />
The test Organic materials Cement based materials<br />
The influence on the organoleptic<br />
parameters<br />
The migration of substances<br />
in drinking water directive<br />
TOC<br />
organic chemicals (the positive<br />
list)<br />
GC-MS:<br />
unknown organic chemicals<br />
(impurities, reaction products etc.)<br />
The enhancement of microbial<br />
growth<br />
Finland 1) :<br />
EN 1420-1, SFS 2335 A<br />
CPDW 2) :<br />
EN 1420-1, EN 1622<br />
EN 14944-1<br />
EN 12783-2 EN 14944-3<br />
prEN 15768 Must be done if any component<br />
include organic chemicals<br />
Biomass Production Potential<br />
(BPP) - ATP (standard)<br />
Must be done if any component<br />
include organic chemicals<br />
1) In Finland, VTT uses organoleptic test procedure which is based on the long term experience on<br />
testing plastic pipes.<br />
2) The standard EN 1420-1 is under revision (year 2011). The problem with this standard is the too<br />
wide deviation of the results and therefore the aim is to harmonize the method and to improve it<br />
especially on the evaluation part.<br />
Although the lining materials would have been stated to be safe according to laboratory tests their<br />
safety as relining materials depend essentially on carefulness of the work performance. At the moment it<br />
is not known whether there are harmful substances to human health leaching from the lining materials<br />
while in use. In addition, there is not enough knowledge on the harmful concentrations to health of all the<br />
compounds possibly leaching from these materials.<br />
Based on the present knowledge, the safety risk of the harmful substances to human health possibly<br />
leaching from the epoxy resin coatings, especially Bisphenol A, cannot be dependably evaluated.<br />
Bisphenol A is a raw material for polycarbonate plastics and epoxy resin coatings and it can be released<br />
from products into drinking water as a result of an incomplete polymerization or a decomposition of a<br />
plastic product. It is suspected that bisphenol A interrupts the hormonal functions in lower concentrations<br />
than the limit value set by the EFSA. Animal tests have indicated that low concentrations of BPA could<br />
have an effect on e.g. fertility, reproduction, learning and the immune system. The EFSA has last<br />
evaluated the safety of BPA in 2011 and stated that there is no need to change the set limit value of 0,05<br />
mg per kilogram of weight. However, the EFSA will evaluate the safety of BPA again as soon as results<br />
from the ongoing extensive researches on effects of low concentrations of BPA are available. (EFSA<br />
2010)<br />
An assessment of suitability of the relining method is done based on a description of the method and<br />
results from a model relining work. In the description, all the relevant stages for a successful relining<br />
work have to be included e.g. preliminary preparations and a cleaning, pieces of equipment used, a<br />
186 Session 4: Distributionssystem
lining, a curing period, an examination of lining, a rinsing, a pressure test and water samples. Tests of<br />
suitability have to be done for the model relining work. Possible faults in the lining are examined with a<br />
visual examination and an optical microscope. The minimum and maximum thickness of the lining is<br />
measured separately. The build-up of an organic lining is tested with e.g. the adhesive button test. The<br />
ageing treatment test, the salt spray test and the test on the effect of temperature changes on the build-up<br />
will be done on the lining. Testing of a cement mortar lining include tests on cracking of the lining layer<br />
and compression resistance.<br />
Basis to all is the work performance<br />
A good outcome in relining both in water mains and in buildings requires careful planning and<br />
implementation in which professional skill and experience are essential. The relining materials can be<br />
considered to be suitable for drinking water use only if the lining material is prepared carefully according<br />
to the instructions of the manufacturer. At this point it is necessary to assure that the mixing ratio and the<br />
temperature are correct and the curing is complete. Unless adequate carefulness is followed substances<br />
that are harmful to human health or induce microbial growth might leach in practice from the materials<br />
that in test conditions were faultless.<br />
Relining requires a good enough pipeline condition so the pipeline condition assessment of the water<br />
supply network must be done prior to the decision on a renovation method.<br />
Before the lining the pipe is drained and dried. The lined pipe has to be cleaned from depositions, rust<br />
and impurities because the lining will reliably succeed only on clean and dry surfaces. If the cleaning<br />
cannot be done relining is not the correct renovation method. In buildings the cleaning is done with a<br />
method similar to sandblasting. The water mains are cleaned with metal pipe cleaner and cleaning<br />
elements.<br />
In buildings, a pressure test with compressed air is done after the cleaning. The lining is done on a<br />
clean and dry surface. The lining equipment and the work methods have to be appropriate in order to have<br />
a smooth, an even and an adhesive layer in the inner pipes. The lining has to be cured completely to<br />
achieve its final features.<br />
The plans of maintenance and condition inspections must be a part of the method description and in<br />
them must be included a description of any possible limitations in the future network renovations.<br />
Quality control<br />
Harmonized acceptance procedures and quality control methods have to be implemented for the<br />
linings and the lining methods. A customer should require these in the call for bids. Additionally, the<br />
procedures and methods include requirements on what is expected on the lining method and the quality<br />
control of the liner i.e. what is followed, measured and documented as well as demands for the content<br />
and provider of an external quality control.<br />
Quality of drinking water is assured with water samples taken after the lining and flushing of the<br />
network. After the flushing water is let to stagnate in the network for a certain time and water sample for<br />
analysis is taken from all the end points.<br />
In buildings, a water sample must be collected from a lined pipe in a way that water has stagnated in<br />
contact with the lining material at least two hours. This stagnation period is based on German directions<br />
so its suitability to Finland should be evaluated. The amount of water depends on the analysis performed<br />
and the dimensions of the lined network part. Odour, taste and concentrations of chemicals of the material<br />
is tested from the water samples. In addition, an overnight stagnated water sample is taken from one tap.<br />
In water mains the sampling is decided case-specifically.<br />
Because the time frame of the linings in Finland is not known there should be a demand for a regular<br />
follow-up of the lined network in the call for bids.<br />
Further actions<br />
The relining materials of the drinking water networks should have harmonized acceptance procedures.<br />
In addition, the need of a person or company based certification is evident. Before these acceptance<br />
procedures can be implemented the orderer should find out in advance the own quality control of the liner<br />
and agree on how the success of the lining is studied after the actual work performance.<br />
Session 4: Distributionssystem 187
The effects to human health of the harmful substances possibly leaching from the epoxy resin coatings,<br />
especially long-term exposure of low concentrations of bisphenol A should be defined. Hopefully<br />
additional information on this matter will be given already during 2012 while ECHA is studying the<br />
effects of bisphenol A to human health and environment according to the REACH decree. However, this<br />
requires a registration of the chemical to lining use by the manufacturer or importer.<br />
The lining must give adequately operating life to pipes and the lined pipelines have to be safe during<br />
the whole life span of the network. The quality of drinking water and to a certain extent the building<br />
habits of the water networks in Finland differ from those in Central Europe. Thus, studies and tests done<br />
in the other countries cannot be applied to Finland as such. In order to assess the safety and durability of<br />
lining materials an impartial national research including both pipe and water samples is needed.<br />
References<br />
Council Directive 98/83/EC of 3 November 1998 on the quality of water intended for human consumption. The<br />
Council of the European Union<br />
EFSA (Europe Food Safety Authority) (2010). EFSA updates advice on bisphenol A. Press Realease. Available:<br />
http://www.efsa.europa.eu/en/press/news/cef100930.htm<br />
EN 1420-1:2000 Influence of organic materials on water intended for human consumption. Determination of odour<br />
and flavour assessment of water in piping systems. Part 1: Test method<br />
EN 1622:2006 Water quality. Determination of the threshold odour number (TON) and threshold flavour number<br />
(TFN)<br />
EN 12873-2:2005 Influence of materials on water intended for human consumption. Influence due to migration. Part<br />
2: Test method for non-metallic and non-cementitious site-applied materials<br />
EN 14944-1:2006 Influence of cementitious products on water intended for human consumption. Test methods. Part<br />
1: Influence of factory made cementitious products on organoleptic parameters<br />
14944-3:2008 Influence of cementitious products on water intended for human consumption. Test methods. Part 3:<br />
Migration of substances from factory-made cementititous products<br />
The Finnish Real Estate Management Federation (2011). Putkiremonttibarometri 2011. Available (In Finnish):<br />
http://www.isannointiliitto.fi/attachements/2011-03-15T09-32-0941.pdf<br />
Ministry of the Environment (2007). D1 Water supply and drainage installations for buildings, Regulations and<br />
guidelines. The National Building Code of Finland.<br />
Parliament of Finland (2000). Decree of the Ministry of Social Affairs and Health Relating to the Quality and<br />
Monitoring of Water Intended for Human Consumption. Finnish Acts of Parliament 461/2000. Finland.<br />
Pelto-Huikko, A. & Kaunisto, T. (2012) Vesijohtojen saneerauspinnoitus. Vesi-Instituutti WANDER Nordic Water<br />
and Materials Institute Prizztech Oy Ltd. Report series. 2012. Available (In Finnish):<br />
http://www.prizz.fi/linkkitiedosto.aspx?taso=2&id=878&sid=671<br />
prEN 15768 (2011). The GC-MS identification of water lechable organic subtances from materials in contact with<br />
water intended for human consumption<br />
Regulation (EU) No 305/2011 of the European Parliament and of the Council of 9 March 2011 laying down<br />
harmonised conditions for the marketing of construction products and repealing Council Directive 89/106/EEC.<br />
SFS 2335:1988 Muoviputket. PE-paineputket. Laatuvaatimukset. (In Finnish)<br />
188 Session 4: Distributionssystem
Sikker vannforsyning i vannledningsnett:<br />
Tiltak for å opprettholde overtrykk i vannledningsnettet<br />
Gunnar Mosevoll<br />
Skien kommune, Bydrift, Henrik Ibsens gate 2, N 3701 Skien, gunnar.mosevoll@skien.kommune.no<br />
Abstract<br />
Situations with negative hydraulic pressures in the water distribution network increase the risk for microbial<br />
pollution of the water. In Norway the awareness of negative pressures has increased the last ten years,<br />
and in most water supply systems plans and actions against negative pressures are in progress.<br />
There are many causes to negative pressures in water mains. However, a series of measures to prevent<br />
negative pressures are available. The choice of preventative measure may vary from network to network<br />
or from place to place in a network. This paper contains a tool box of such measures. The tool box is<br />
meant as a supplement to the general recommendations in publications as ”Safe Piped Water” from WHO<br />
/ IWA (2004).<br />
Situations that may lead to negative hydraulic pressure:<br />
● Pipe bursts<br />
● Supply of water to ordinary firefighting and to fire sprinkler plants<br />
● Flushing of water mains<br />
● Failure of power supply to pumping stations<br />
● Pressure surges caused by pump stop or fast valve closure<br />
Negative pressures may be prevented by the following measures:<br />
● Two separate supply mains to each of all distribution areas:<br />
The second supply main can be in permanent operation, or is put automatically into<br />
operation when the pressure in the distribution area has fallen too low.<br />
● Service reservoirs<br />
● A network of transmission mains with good capacity which connects the distribution areas<br />
● Renovation of water mains with a high risk for pipe bursts (high leakage flow)<br />
● Replacement of one single pipeline (large diameter) with several parallel pipelines<br />
(smaller diameter<br />
● For new pipes preference is given to pipe materials with low risk for brittle failures<br />
To keep the leakage loss at a low level, the water flow into each distribution area (district meter area) is<br />
continuously recorded. The measures intended to prevent negative pressures should be designed to<br />
maintain the continuous recording of the flow into a district meter area. For small district meter areas with<br />
dual water supply it may be difficult to satisfy the requirement of continuous flow recording. Similar<br />
metering problem is usual for the supply to business areas with a low, ordinary water demand and a high<br />
water demand for firefighting. The paper show several solutions to such problems.<br />
Many of the preventative measures are described by examples from the city of Skien (50 000 inhabitants).<br />
Most of the water supply areas in Skien are located in hilly terrain between sea level and 100 m above sea<br />
level. However, the technical solutions may be suited also for less hilly areas.<br />
Sammendrag:<br />
Undertrykk i vannledningsnettet øker faren for hygienisk usikkert drikkevann. I Norge har<br />
oppmerksomheten på undertrykk i vannledningsnettet økt, og de fleste vannverk gjennomfører nå tiltak<br />
som reduserer faren for undertrykk.<br />
Det kan være mange årsaker til undertrykk i vannledninger. Det finnes en rekke, mulig tiltak for å<br />
forebygge undertrykk på vannledningsnettet. Det eller de mest egnede tiltak vil variere fra sted til sted i<br />
ledningsnettet. Dette foredraget inneholder en verktøykasse med forebyggende tiltak. Denne<br />
verktøykassen er ment som praktisk hjelpemiddel for å oppnå forbedringer beskrevet i overordnede<br />
veiledninger som ”Safe Piped Water” fra WHO (2004).<br />
Session 4: Distributionssystem 189
Forhold som kan skape undertrykk på ledningsnettet:<br />
● Ledningsbrudd<br />
● Brannslokking<br />
● Hagevatning<br />
● Spyling av vannledninger<br />
● Svikt i strømforsyning til pumpestasjon<br />
● Trykkstøt forårsaket av pumpestopp eller ventilstenging<br />
Tiltak som kan forebygge undertrykk på ledningsnett:<br />
● Tosidig forsyning til alle forsyningssoner:<br />
Fast forsyning eller forsyning som koples inn automatisk ved behov for mer vann<br />
● Høydebasseng<br />
● Et overordnet ledningsnett med god kapasitet som binder sammen forsyningssonene.<br />
● Ved fornyelse av ledninger prioriteres ledninger som kan gi svært høy bruddvannføring<br />
● Erstatning av én ledning med stor diameter med et nett av ledninger med liten diameter<br />
● Ved fornyelse av ledninger velges fortrinnsvis rørmateriale med stor styrke mot sprøbrudd<br />
For kunne holde lekkasjetapet tilstrekkelig lavt, må vannforbruket i de enkelte forsyningssonene kunne<br />
overvåkes kontinuerlig. Tiltakene som skal forebygge undertrykk, må utformes slik at muligheten for<br />
kontinuerlig overvåkning av vannforbruket blir opprettholdt. Ved tosidig vannforsyning til små<br />
forsyningssoner kan det bli vanskelig å tilfredsstille kravet om kontinuerlig overvåkning. Dette gjelder også<br />
næringsområder med lavt vannforbruk og krav om høy vanntilførsel til brannslokking (inkludert<br />
sprinkleranlegg). Foredraget viser en rekke løsninger på dette problemet.<br />
I foredraget beskrives tiltakene med eksempler fra Skien kommune i Norge (vel 50 000 innbyggere). Det<br />
meste av forsyningsområdet ligger mellom 0 og 100 meter over havet, og hovedledningsnettet har en<br />
lengde på om lag 500 km. Ledningsnettet har de fleste rørmaterialer, og deler av ledningsnettet er mer<br />
enn 100 år. Skien har en velegnet topografi for å forebygge trykkløst nett. Flere av de tekniske<br />
løsningene kan imidlertid brukes av vannverk med en annen topografi i forsyningsområdet.<br />
1. Bakgrunn<br />
Det stilles strenge krav til kvaliteten til vannet som leveres til forbrukerne, og vannbehandlingen sørger<br />
for et vann som tilfredsstiller disse kravene. I de seinere årene har kravet til vannbehandling blitt<br />
skjerpet. Men vannkvaliteten kan svekkes ut over i ledningsnettet. Det kan være en følge av undertrykk<br />
på vannledningsnettet.<br />
Det er en rekke årsaker til undertrykk på vannledningsnettet:<br />
● Stort trykkfall som skyldes høy vannføring i ledningsnettet<br />
● Trykkfall på grunn av pumpesvikt<br />
● Trykkfall på grunn av trykkstøt (pumpestopp, ventilstenging)<br />
● Vedlikehold på vannledningsnett (reparasjon, rengjøring)<br />
Undertrykk øker faren for forurenset vann trenger inn i vannledningsnettet:<br />
● Fra abonnent med manglende sikring mot tilbakestrømning<br />
● Fra forurenset vann i ledningsgrøfter<br />
▪ Gjennom hull i ledningsnettet<br />
▪ Ved ledningsbrudd: På selve bruddstedet.<br />
En rapport fra Norsk vann i 2005 illustrerer denne faren (Wahl 2005, Tveit og Wahl 2006).<br />
Spørsmål:<br />
● Er våre ledningsnett tilpasset faren for undertrykk ?<br />
Eksempel: I hvilken grad vil vannføringen kunne øke så sterkt at det oppstår undertrykk i deler av<br />
ledningsnettet ?<br />
● I hvilken grad er det i fornyelsesplanene for vannledningsnett lagt vekt på faren for undertrykk ?<br />
I dette foredraget gjennomgås de vanligste årsakene til undertrykk, og det beskrives en rekke tiltak som<br />
reduserer faren for undertrykk. Disse tiltakene er en del av den ”verktøykasse” som er viktig i arbeidet<br />
for å kunne opprettholde god vannkvalitet utover i et vannledningsnett.<br />
190 Session 4: Distributionssystem
2. Trykkfall som skyldes høye vannføringer i fordelingsnettet<br />
Fordelingsnett for vannforsyning i Norge er i stor grad dimensjonert for brannslokking, dvs. at i<br />
vannledninger med diameter 100 – 200 mm er vannhastigheten mindre enn 0,05 m/s. Dvs. at trykktapet i<br />
fordelingsnettet vanligvis er lavt.<br />
Driftsforstyrrelser og brannlokking øker vannføringen vesentlig, se tabell 1 (eksempler fra<br />
vannledningsnett med vanntrykk 50 – 70 m vannsøyle).<br />
Tabell 1 Vannføring fra lekkasjer eller andre, høye vannuttak<br />
Type lekkasje eller vannuttak<br />
Vannføring<br />
(liter/sekund)<br />
En middels stor lekkasje på en privat stikkledning til en enebolig 0,3 – 0,5<br />
En stor lekkasje på en privat stikkledning til en enebolig 3 – 5<br />
Tverrbrudd på en ledning av grått støpejern, diameter 100 mm 8 – 12<br />
Langsprekk i ledning av grått støpejern, diameter 250 mm 80 – 100<br />
Langbrudd av rør av asbestsement eller PVC, diameter 150 mm<br />
(sprekk i hele rørets lengde)<br />
50 – 80<br />
Brannslokking (enebolig, rekkehus) 20, 40<br />
Brannlokking (overrislingsanlegg (sprinkler) i næringsområde) 50<br />
Spyling, vannhastighet 1,0 m/s, diameter 150 mm 18<br />
Figur 1 viser et eksempel på vannføringen gjennom et brudd på en fordelingsledning. Dersom bruddet<br />
hadde skjedd om natten, ville det tatt lengre tid å få stengt av bruddet. Vannføringen er målt på utløpet<br />
fra et høydebasseng som leverer vann til overføringsledningen i dette området.<br />
Vannføring (m 3 /time)<br />
395<br />
125<br />
Bruddet<br />
starter<br />
Avstengning på<br />
den ene siden<br />
Start avstengning på<br />
den andre siden<br />
Avstengning fullført<br />
kl. 1601 kl. 1725 Tid<br />
Figur 1 Eksempel på vannføring og varighet for et vannledningsbrudd (fordelingsledning).<br />
Klyve i Skien, 2. mai 2012. Maksimal vannføring ut av bruddet 270 m 3 /time ( 75 l/s)<br />
Volum på lekkasjevannet: Om lag 300 m 3 .<br />
Rørmateriale: Asbestsement. Rørdiameter: 150 mm. Sprøtt brudd i hele rørets lengde (4 m).<br />
Vanlig vanntrykk 6 – 7 bar. Overføringsledningen i dette området har god kapasitet.<br />
Session 4: Distributionssystem 191
Ved høy vannføring blir det stort trykktap i vannledningsnettet, se eksempler i tabell 2 nedenfor.<br />
Tabell 2 Eksempel på trykktap i en vannledning. Verdien gjelder for en ledningslengde på 100 m.<br />
Her er det valgt en absolutt, hydraulisk ruhet på 1 mm. Deler av vannledningsnettet har større<br />
ruhet enn dette. Men etter hvert som vannledninger av grått støpejern tas ut av drift, vil en<br />
stadig større del av ledningsnettet få en hydraulisk ruhet på om lag 1 mm.<br />
Vannføring Trykktap (m vannsøyle)<br />
Lengde 100 mm Ruhet 1,0 mm<br />
(liter/sekund) D: 100 mm D: 150 mm<br />
5 0,8 0,1<br />
10 3,2 0,4<br />
20 12,6 1,5<br />
40 50,3 5,8<br />
De høyeste vannføringene i tabellen 2 kan gi undertrykk i fordelingsnettet, se prinsippskisse i figur 2.<br />
Hvis det er lekkasjer på vannledningen, er det fare for innsuging av forurenset vann fra jordmassene<br />
omkring vannledningen (forutsatt at omfyllingsmassene ikke er godt drenert). Innsuging fra et åpent<br />
basseng hos en abonnent er også mulig.<br />
Basseng<br />
Trykklinje ved:<br />
Intet vannforbruk<br />
Vanlig vannforbruk<br />
Svært høyt vannforbruk<br />
Figur 2 Eksempel på trykkfall langs en vannledning som forsynes fra et høydebasseng.<br />
Hvis vannforbruket blir særlig høyt, skaper det undertrykk i høytliggende områder.<br />
3. Tiltak mot undertrykk<br />
Undertrykk<br />
3.1 Oversikt<br />
Et godt vannledningsnett har innebygget sikkerhet mot undertrykk. Denne sikkerheten skapes av:<br />
● Inndeling av vannledningsnettet og bruk av høydebasseng<br />
● Bruk av høydebasseng i forsyningssoner der vannet pumpes<br />
● Inndeling av ledningsnettet i sløyfer slik at det blir tosidig vannforsyning mot et lekkasjepunkt<br />
● Trykktap ved selve vannuttaket som begrenser trykkfallet<br />
● Trykkstøtdemping i pumpestasjoner<br />
192 Session 4: Distributionssystem
● Forbud mot ventiler kan lukkes raskt<br />
● Rørbruddventil (forutsatt ventil med et lite omløp som ikke stenges automatisk)<br />
● Gode driftsrutiner<br />
● Gode saksbehandlingsrutiner ved godkjenning av sprinkleranlegg for brannslokking<br />
● Valg av rørmateriale med liten fare for sprøbrudd<br />
● Systematisk utskifting av ledninger med stor fare for høy bruddvannføring<br />
Alle disse tiltakene er enkle. Noen tar derfor god sikkerhet mot undertrykk som en selvfølge, men det<br />
trenger ikke være riktig. I Norge skyldes det en kombinasjon av kostnadene for de aktuelle tiltakene og<br />
lite konkrete krav. I nasjonal statistikk i Norge brukes fornyelsestakten (antall km ledning fornyet i året)<br />
som mål for innsatsen på vannledningsnettet. Det føres i dag ingen statistikk for gjennomførte tiltak som<br />
forbedrer sikkerheten mot undertrykk.<br />
I det følgende beskrives de enkelte tiltak nærmere.<br />
3.2 Nærmere beskrivelse av tiltak mot undertrykk<br />
3.2.1 Inndeling av vannledningsnettet og bruk av høydebasseng<br />
Vannledningsnettet kan deles inn i (se figur 3):<br />
● Overføringsledninger (overfører vannet fra vannbehandlingsanlegg til forsyningssonene)<br />
● Fordelingsledninger (fordeler vannet fra overføringsledningene)<br />
● Stikkledninger (fra fordelingsledning inn til den enkelte bygning)<br />
Overføringsledningene kjennetegnes ved:<br />
● Stor kapasitet<br />
● Høy driftssikkerhet<br />
● Vanligvis tilknyttet høydebasseng, som bidrar til å opprettholde et jevnt trykk<br />
● Ingen abonnenter er direkte tilknyttet overføringsledninger<br />
Fordelingsledningene kjennetegnes ved:<br />
● Stor variasjon i kapasiteten<br />
● Stor variasjon i driftssikkerheten<br />
● Abonnentene er tilknyttet via stikkledningene.<br />
Vannbehandlingsanlegg<br />
Pumpe<br />
Fordelingsnett<br />
Overførings-<br />
ledning<br />
Høydebasseng<br />
Figur 3 Fordelingsledningene leverer vann til overføringsledningene. Fordelingsledningene får vannet<br />
fra overføringsledningene.<br />
Overføringsledninger med høydebasseng bør ha kapasitet til å forebygge undertrykk i<br />
fordelingsnettet.<br />
Session 4: Distributionssystem 193
Fordelingsnettet er sårbart for store trykkfall i overføringsledningene. Anbefalte krav til overføringsledninger<br />
og høydebasseng:<br />
● Overføringsledninger: Selv de største vannføringene i fordelingsnettet (ledningsbrudd,<br />
brannslokking) skal ikke medføre trykkfall med fare for undertrykk.<br />
● Høydebasseng: Skal ha volum tilstrekkelig for det ekstra vannforbruket til<br />
ledningsbrudd eller brannslokking.<br />
Det meste av volumet i høydebassenget er reservevolum. For at<br />
vannkvaliteten i bassenget ikke skal svekkes vesentlig, må følgende<br />
krav være oppfylt:<br />
▪ God kvalitet på innkommende vann<br />
▪ God omrøring i bassenget (forebygger at noe vann får lang<br />
oppholdstid)<br />
● Overføringsledninger: Sikkerheten mot ledningsbrudd må være stor.<br />
Ledningsmaterialer med stor fare for sprøbrudd bør unngås.<br />
Strekninger av grått støpejern bør skriftes ut (i 2012 er det<br />
nesten 50 år siden siste ledning av grått støpejern ble lagt).<br />
3.2.2 Bruk av høydebasseng der vannet må pumpes<br />
Figur 4 viser to eksempler på hvordan et høydebasseng kan opprettholde overtrykk i vannledningene:<br />
A. Høydebassenget ligger så høyt at alle har tilfredsstillende vanntrykk selv om pumpestasjonen svikter<br />
B. Når pumpestasjonen svikter, faller trykklinjen ned til nivå med vannstanden i høydebassenget.<br />
Bassenget ligger så høyt at det skaper overrykk i ledningsnettet i pumpesonen. De høyest liggende<br />
abonnentene får imidlertid for lavt trykk for vanlig bruk.<br />
Alternativ A er det beste, men i mange tilfeller er det ikke mulig å få bygget et høydebasseng høyere enn<br />
høyest liggende forbrukere. Også alternativ B forebygger trykkløst nett, og dette alternativet er derfor<br />
brukbart.<br />
A.<br />
B.<br />
P<br />
P<br />
Figur 4 Høydebasseng sørger for å opprettholde overtrykk i vannledningen når pumpestasjonen (P)<br />
svikter.<br />
De vannrette, tynne linjene viser trykklinjene for forskjellige situasjoner.<br />
194 Session 4: Distributionssystem<br />
Hmin<br />
Når pumpestasjonen svikter, gir<br />
høydebassenget trykk nok til vanlig forbruk<br />
på denne strekningen (vannrett pil)<br />
Hmin<br />
Hmin<br />
Hmin er kravet til trykk<br />
i fordelingsnettet<br />
Når pumpestasjonen svikter, sørger<br />
høydebassenget for at det ikke blir<br />
undertrykk på denne strekningen<br />
(vist med vannrett pil)
Hvis det ikke er mulig å få plassert et høydebasseng høyt nok, kan bassenget plasseres på det høyeste<br />
punktet i forsyningsområdet, se figur 5 (alternativ C):<br />
C: Høydebassenget er plassert på det høyeste punktet i forsyningsområdet<br />
Hovedpumpestasjonen (P1) sørger vanligvis for tilstrekkelig vanntrykk. Hver natt fylles bassenget<br />
gjennom en trykkreduksjonsventil. Om morgenen, samt i andre perioder med høyt vannforbruk,<br />
bidrar pumpestasjon P2 til forsyningen (tar vann fra bassenget). Dersom forsyningen til pumpestasjon<br />
P1 svikter, starter P2 og opprettholder tilstrekkelig vanntrykk.<br />
C. Vanligvis forsyner pumpestasjon P1 det høytliggende området.<br />
Hver natt åpner trykkreduksjonsventilen TRV og slipper vann inn i høydebassenget.<br />
Hver morgen, samt i andre perioder med høyt vannforbruk, leverer pumpestasjon P2<br />
vann fra bassenget til forsyningsområdet.<br />
Hp1<br />
P1<br />
Figur 5 Høydebassenget er plassert på det høyeste punktet i forsyningssonen.<br />
Vanligvis sørger pumpestasjon P1 for tilstrekkelig vanntrykk.<br />
Hvis vannforsyningen fra P1 svikter, overtar pumpestasjon P2 forsyningen (leverer vann fra<br />
høydebassenget.<br />
De vannrette, tynne linjene viser trykklinjene for forskjellige situasjoner.<br />
Dette er en prinsippskisse, og høydeforholdene er fortegnet.<br />
3.2.3 Inndeling av fordelingsnettet i sløyfer<br />
Forsyningsområde for pumpestasjon P1<br />
Hr Hp2<br />
TRV P2<br />
Deler av fordelingsnettet kan være bygget i gaffelform, se figur 6. Hvis det oppstår et stort ledningsbrudd<br />
f. eks. mellom punkt C og B, vil vanntrykket kunne falle til 0 mellom lekkasjen og punkt B. Er<br />
ledningsnettet knyttet sammen med ledning A – B, strømmer imidlertid vannet fra to sider fram til<br />
lekkasjen. Dette reduserer faren for at vanntrykket skal falle helt ned til 0. Dersom bruddet er et<br />
tverrbrudd i en ledning av grått støpejern, vil tosidig vannforsyning gjøre det mulig å reparere lekkasjen<br />
samtidig som det opprettholdes overtrykk på lekkasjen. Fordelingsnett bygget opp av sløyfer gir tosidig<br />
vannforsyning og reduserer derfor faren for undertrykk.<br />
For å kunne overvåke lekkasjetapet må fordelingsnettet inndeles i forsyningssoner. For at vannmåleren<br />
skal kunne måle minimum nattvannføring med god nok nøyaktighet, har de fleste forsyningssoner bare én<br />
tilførselsledning. Kun én forsyningsledning gir for dårlig driftssikkerhet. Figur 7 viser en løsning som<br />
gir god nok målenøyaktighet og tosidig vannforsyning. Dersom vannforbruket øker sterkt, og trykket<br />
faller, åpner en trykkreduksjonsventil på en ledning som vanligvis er stengt. Dette skjer imidlertid så<br />
sjelden at det ikke har noen praktisk betydning for overvåkning av lekkasjetapet.<br />
Session 4: Distributionssystem 195
Plan: A<br />
Oppriss mellom C og B:<br />
Dersom ledningsnettet er<br />
knyttet sammen med<br />
ledning A - B , faller vanntrykket<br />
fra begge sider fram<br />
til lekkasjepunktet<br />
Figur 6 Med ledningsnett utformet som sløyfer, blir det lettere å opprettholde overtrykk ved store<br />
lekkasjer (vannledningsbrudd). Ledningsnett bør derfor lukkes ved hjelp av ledninger som A - B.<br />
Ledningsnett i sløyfer forenkler også reparasjoner på ledningsnettet-<br />
Vannmåler<br />
C<br />
Overføringsledning<br />
Lekkasje<br />
Trykklinjer<br />
C B<br />
Figur 7 Vanligvis forsynes dette området gjennom ledningen med vannmåleren. Dermed kan lekkasje-<br />
tapet overvåkes automatisk.<br />
Øker vannforbruket så mye at trykket synker (ledningsbrudd eller brannslokking),<br />
åpner trykkreduksjonsventilen (TRV) automatisk og sørger for tilstrekkelig forsyning.<br />
Dersom det ikke er så stor forskjell i trykket mellom to trykksoner, kan de settes en tilbakeslagsventil på<br />
en ledning mellom de to sonene. Ventilen hindrer at det strømmer vann fra sonen med høyt trykk (sone<br />
Høy) til sonen med lavt trykk (sone Lav), og denne ledningen er derfor vanligvis stengt. Dersom<br />
vannforbruket i sone Høy øker sterkt og trykket faller, vil tilbakeslagsventilen åpne og sone Lav vil<br />
levere vann til sone Høy.<br />
196 Session 4: Distributionssystem<br />
TRV<br />
Fordelingsnett<br />
B
3.2.4 Vann til brannslokking og sikring mot undertrykk<br />
Vi kan dele vannforsyningen til brannslokking i to:<br />
● Vanlig brannslokking (slokking fra brannventiler plassert utendørs)<br />
● Automatiske overrislingsanlegg (sprinkleranlegg)<br />
Brannvesenet i Norge bruker gjerne pumpe ved vanlig slokking med vann fra offentlige vannledninger,<br />
og brannvesenet har da ikke full kontroll med hvor mye vann som tappes til slokking av brannen. Det er<br />
derfor mulig at det trekkes ut så mye vann at det skaper undertrykk på fordelingsnettet. Dette forbygges<br />
ved at det i fordelingsnettet brukes brannventiler som alltid skaper et visst trykktap. I Norge brukes i<br />
fordelingsnettet brannventiler med kule, som vanligvis gir et trykktap på 1,0 – 1,5 bar ved uttak av<br />
20 liter/sekund. Dette er de fleste steder tilstrekkelig trykktap for å unngå undertrykk på fordelingsnettet.<br />
Brannventiler med lavt trykktap bør kun brukes ved uttak fra overføringsledninger, der kapasiteten er<br />
vesentlig større enn brannvesenets behov.<br />
Vannverket skal godkjenne dimensjoneringsgrunnlaget for automatiske overrislingsanlegg<br />
(sprinkleranlegg), dvs. at vannverket angir med hvilket vanntrykk dimensjonerende vannføring skal<br />
kunne leveres ved. Det dimensjonerende vanntrykket og den dimensjonerende vannføringen danner<br />
grunnlaget for utformingen av overrislingsanlegget. I Norge forekommer det imidlertid at overrislingsanlegg<br />
likevel bygges slik at vannbehovet er høyere enn den godkjente vannføringen. Slike<br />
overrislingsanlegg medfører økt fare for undertrykk på ledningsnettet, samtidig som det er fare for at<br />
anlegget ikke får dekket sitt vannbehov. Det er derfor viktig at vannverket har gode godkjenningsrutiner<br />
for automatiske overrislingsanlegg.<br />
3.2.5 Fornyelse av vannledninger og valg av rørmateriale<br />
godtas en dårligere driftssikkerhet.<br />
I planene for fornyelse av vannledningsnettet bør sårbarheten mot vannledningsbrudd vises særskilt.<br />
Disse planene må derfor gi en oversikt over vannledninger med stor fare for store ledningsbrudd. Dette er<br />
særlig ledninger av:<br />
● Grått støpejern (hovedsakelig fra tiden før 1965)<br />
● Asbestsement uten innvendig beskyttelse mot tæring fra vannet<br />
● uPVC fra 1970-tallet<br />
Alle disse rørmaterialene gir sprø brudd, og for ledningene av asbestsement og uPVC er det ikke uvanlig<br />
s hele lengde.<br />
Plastrør lagt etter 1980 har vesentlig bedre kvalitet enn eldre rør. Det er imidlertid uklart om CENstandardenes<br />
reduksjon av sikkerhetsfaktoren for uPVC og PE fra henholdsvis 2,5 til 2,0 og fra 1,6 til<br />
1,25 øker faren for sprøbrudd når rørene nærmer seg sin levetid. Hyppige sprøbrudd kan øke faren for<br />
sprøbrudd. De fleste norske kommuner kjøper imidlertid ikke rør med de lave sikkerhetsfaktorene; noe<br />
som trolig øker sikkerheten mot alvorlige sprøbrudd.<br />
Videre øker vannføringen ved brudd med økende rørdiameter. For ledninger av grått støpejern og<br />
diameter 100 – 150 mm gir de fleste brudd ikke større lekkasjevannføring enn 8 – 12 liter/sekund, og<br />
brudd på denne typen rør trenger derfor ikke å medføre stor fare for undertrykk.<br />
Session 4: Distributionssystem 197
Ved valg rørmateriale for nye vannledninger er det ikke tilstrekkelig å velge rørmaterialer med minst<br />
100 års levetid. Som nevnt ovenfor bør det også velges rørmaterialer med god sikkerhet mot<br />
sprøbrudd:<br />
● Rør av seigt støpejern og stål har god sikkerhet mot sprøbrudd, men slike rør krever en god<br />
beskyttelse mot korrosjon.<br />
● Rør av uPVC og PE er ikke utsatt for korrosjon, men faren for sprøbrudd må vurderes særskilt.<br />
Når disse rørene nærmer seg enden av sin levetid, øker faren for sprøbrudd vesentlig. Det er derfor<br />
viktig at det velges rørkvaliteter som kjennetegnes med korte sprekker og sakte sprekkvekst.<br />
4. Konklusjon<br />
Undertrykk på vannledningsnettet kan svekke vannkvaliteten vesentlig, og systematiske tiltak mot<br />
undertrykk er derfor viktige. Disse tiltakene kan deles i følgende grupper:<br />
● Utforming av ledningsnett med pumpestasjoner og høydebasseng<br />
● Tiltak som begrenser vanlige uttak av vann fra ledningsnettet<br />
● Fornyelse av ledninger med stor faren for brudd med stor vannføring<br />
● Valg av rørmaterialer for nye vannledninger (materialer med liten fare for alvorlige sprøbrudd).<br />
Gjennomføring av slike tiltak bidrar derfor vesentlig for å opprettholde tilfredsstillende vannkvalitet i<br />
ledningsnettet.<br />
Referanser<br />
Aintworth, R. (ed) (2004): Safe Piped Water<br />
- Managing Microbiological Water Quality in Piped Distribution Systems<br />
WHO / IWA, 2004<br />
Wahl, E. (2005). Kartlegging av mulig helserisiko for abonnenter berørt av trykkløs vannledning ved arbeid på<br />
trykkløst nett. Norsk vann rapport R143/205.<br />
Tveit, O. A., Wahl, E. (2006). Kartlegging av helserisiko for abonnentene ved trykkløs vannledning,<br />
Nordiske drikkevannskonferanse, Reykjavik 2006.<br />
198 Session 4: Distributionssystem
Genomträngning av kemiska markföroreningar till dricksvatten<br />
i distributionsnätet<br />
Magnus Bäckström*, Maria Eklund **, Ann-Sofie Wikström***<br />
* <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån AB, Bergvikskurvan 11 C, SE 973 31 Luleå, Sweden, magnus@vmbyran.se<br />
** <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån AB, Bergvikskurvan 11 C, SE 973 31 Luleå, Sweden, maria.eklund@vmbyran.se<br />
*** <strong>Vatten</strong> & Miljöbyrån AB, Bergvikskurvan 11 C, SE 973 31 Luleå, Sweden, ann-sofie@vmbyran.se<br />
Abstract.<br />
Chemical substances in the soil, dissolved in water or in the gas phase, may affect the drinking water but<br />
confirmed cases with serious consequences are as yet very few. There are incidents of bad taste and<br />
odour in drinking water when small diameter service pipes are located in moss and swamps or in oilcontaminated<br />
soil. The risk of penetration of toxic soil contamination by diffusion through the pipe wall or<br />
seals and gaskets is however a relevant topic for water engineers, for example in connection with<br />
conversion of former industrial land or construction/reconstruction of filling stations. What safety<br />
precautions that are reasonable to demand are difficult to prove, because the risk of contamination is<br />
difficult to assess.<br />
Previous studies have shown that the penetration of benzene and other organic pollutants may occur<br />
through gaskets (styrene-butadiene rubber) in water mains of ductile iron. Permeation of organic pollutants<br />
through plastic pipes including the passage of hydrocarbons through PE and PVC pipes and their seals /<br />
joints has recently been studied in the United States. These studies show, often by different testing<br />
methods in laboratory conditions, that permeation may occur in plastic pipes as well as ductile iron pipes<br />
with different types of gaskets. However, it is very unlikely that permeation is a major threat to public health<br />
since the typical incident of permeation occurs when water consumption is extremely low and<br />
concentrations of organic soil contaminant are very high. Thus, permeation is especially a relevant issue<br />
when designing or operating service lines in contaminated soil.<br />
Bakgrund och syfte<br />
Huruvida dricksvatten som transporteras i en ledning kan ta smak av ämnen som finns i<br />
omkringliggande mark är normalt inte en stor fråga vid projektering och anläggning av vattenledningsnät.<br />
Det finns dock erfarenheter av att vattenledningar förlagda längre sträckor i moss- och myrmark kan ge<br />
dålig smak på vattnet, i synnerhet om det rör sig om ändledningar av mindre dimensioner med tidvis<br />
stillastående vatten. Kemiska ämnen i mark, lösta i vatten eller i gasfas, kan således påverka dricksvattnet<br />
negativt.<br />
Enligt <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> är den samlade längden av vattenledningar i Sverige ungefär 70 000 kilometer<br />
(Malm och Svensson, 2011), privata servisledningar ej medräknat. Det allmänna vattenledningsnätet som<br />
finns idag har anlagts under ett drygt sekel, huvudsakligen i urban miljö. Den sammanlagda ytan av<br />
rörvägg som är i kontakt med omgivande mark är således mycket stor. Tidigare och nuvarande hantering<br />
av farliga ämnen i vårt samhälle innebär en risk för markförorening eller akut spridning av vätskor,<br />
exempelvis drivmedel eller industriavloppsvatten.<br />
Risken för genomträngning av toxiska markföroreningar via diffusion genom rörvägg eller<br />
tätningsringar/packningar aktualiseras regelbundet, även om dokumenterade fall från svenska kommuner<br />
är få. I samband med städernas förtätning och omvandling dyker frågan upp när verksamheter som<br />
hanterar giftiga kemiska ämnen, exempelvis bensinmackar, önskar etablera sig i nära anslutning till<br />
befintliga distributionsledningar för dricksvatten. Frågan kan också dyka upp när ombyggnad eller<br />
nyexploatering planeras i områden med förorenad mark eller i områden där inkapslat organiskt material<br />
leder till gasbildning. Ytterligare en situation av mer akut karaktär är när vattenabonnenter hör av sig med<br />
Session 4: Distributionssystem 199
klagomål på smak och lukt som möjligen kan förklaras av att ämnen från omgivande mark påverkar<br />
dricksvattnet.<br />
Föreliggande projekt, med <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling som huvudfinansiär, har som syfte att kartlägga<br />
kunskapsläget avseende risken för genomträngning av kemiska föroreningar till dricksvatten i<br />
distributionsnätet. Studien fokuserar på kemiska ämnen i mark som är toxiska eller som kan orsaka smak-<br />
och luktproblem. Mikrobiella föroreningar studerades ej, då förekomst och spridning av dessa antogs<br />
behandlas inom ramen för andra pågående projekt.<br />
Huvudsaklig metod har varit litteraturstudier och projektet kommer att slutrapporteras i form av en<br />
SVU-rapport inom kort. För fullständigare beskrivning av projektets resultat hänvisas till den kommande<br />
rapporten, framförallt kommer där att ges mer detaljerad beskrivning av genomträngningsprocessen i<br />
olika typer av material (PE, PVC och tätningsring/Segjärn) utifrån nyligen genomförd forskning.<br />
Slutrapporten kommer att göras tillgänglig via <strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong>s hemsida.<br />
Allmänt om genomträngning från mark till dricksvatten<br />
Föroreningar kan teoretiskt tränga in i dricksvatten från omgivande förorenad mark via exempelvis rör,<br />
kopplingar, tätningsringar, reservoarer etc som är gjorda i material som medger genomträngning<br />
(permeation). Problemet är generellt begränsat till ickemetalliska polymeriska material, såsom plast.<br />
Genomträngning är en fysikalisk-kemisk överföring av massa vilken involverar diffusion av ett ämne<br />
genom ett poröst fast medium. Genomträngning kan ske av ämnen såväl i gasfas som vattenlöst fas. De<br />
föroreningar som är av störst intresse i fråga om genomträngning i dricksvattensystem är flyktiga<br />
kolväten och organiska lösningsmedel. Risken finns både för dricksvattensystem anlagda i den omättade<br />
och mättade zonen, dvs. både över och under grundvattennivån.<br />
Materialet i plaströr och tätningsringar består av polymerer d v s långa strängar av sammankopplade<br />
molekyler. PVC-plast består exempelvis av kedjor av vinylkloridmolekyler. Polymererna ligger tätt<br />
sammanpackade, men det finns ändå små mikroskopiska hålrum mellan polymerkedjorna. Stora grenade<br />
eller sfäriska molekyler, exempelvis kolvätekedjor med minst sju kolatomer, har svårt att tränga genom<br />
materialet eftersom hålrummen är för små. Små molekyler kan däremot via hålrummen vandra genom<br />
polymermaterialet. En avgörande anledning till att materialen ändå är vattentäta så att inte vatten läcker<br />
ut, är att vattenmolekylen är polär medan polymermaterialen i allmänhet är opolära.<br />
<strong>Vatten</strong> är ett starkt polärt ämne och stöts därför bort från de opolära polymererna som utgör rörväggen<br />
eller tätningsringen, vilket gör polymermaterialen vattentäta. Däremot kan opolära små molekyler, såsom<br />
exempelvis bensen, vandra genom polymermaterialen via tillgängliga hålrum. När en dricksvattenledning<br />
ligger i förorenad mark finns därför risk att opolära förorenande ämnen vandrar från marken eller<br />
markvattnet genom ledningen och in i dricksvattnet.<br />
Genomträngning (också benämnt permeation) av externa föroreningar till dricksvatten kan ses som en<br />
trestegsprocess: sorption - diffusion - desorption. Först vandrar föroreningen från marken eller<br />
markvattnet till rörets utsida, där det löser sig i rörmaterialet och börjar tränga in (sorption). Därefter<br />
diffunderar ämnet genom rörets porösa struktur. Slutligen löser sig ämnet och tränger in i dricksvattnet på<br />
insidan av röret (desorption).<br />
Ämnens förmåga att tränga genom olika polymermaterial beror på två huvudfaktorer: ämnets löslighet<br />
i det aktuella materialet och dess diffusionshastighet genom materialet (Cheng 2009). Ämnet<br />
(föroreningen) som tränger igenom vattenledningens rörvägg kan vara i vätske- eller gasform. Dess<br />
löslighet beror på hur ämnet interagerar med polymermaterialet, varvid polariteten har stor betydelse.<br />
Diffusionshastigheten beror på föroreningens molekylstorlek och polymermaterialets egenskaper. Viktiga<br />
egenskaper är bland annat materialets bulkdensitet (hög täthet innebär liten hålrumsvolym) och dess<br />
fysiska struktur (kristallin, amorf eller semikristallin struktur). Kristallin struktur innebär att atomerna är<br />
ordnade i en geometriskt regelbunden struktur. Amorf är motsatsen, atomstrukturen är oordnad,<br />
polymersträngarna ligger slumpvist kors och tvärs. Ett semikristallint material består av både kristallina<br />
och amorfa polymerer.<br />
Genomträngningen av små molekyler genom ett polymermaterial sker alltså genom en trestegsprocess:<br />
Sorption Diffusion Desorption.<br />
Sorptionen, d v s hur mycket av det förorenande ämnet som hamnar på utsidan av röret eller<br />
tätningsringen och kan tränga in per ytenhet beror främst på ämnets koncentration i marken eller<br />
200 Session 4: Distributionssystem
markvattnet samt fördelningskoefficienten (lösligheten, betecknad S) för ämnet i det aktuella<br />
polymermaterialet.<br />
När det förorenande ämnet har fördelat sig över polymermaterialets gränsyta och börjat tränga in vidtar<br />
diffusionsprocessen, d v s det förorenande ämnets vandring genom polymermaterialet via s k Browns<br />
molekylrörelse. Den innebär molekylförflyttning som inte drivs av andra krafter än<br />
koncentrationsskillnader. Koncentrationen av det förorenande ämnet är högst i gränsytan mellan polymer<br />
och omgivande mark. Diffusionen innebär att ämnets molekyler successivt förflyttas inåt, i riktning mot<br />
rörets insida, eftersom lägre koncentration råder där. Förflyttningen pågår så länge det råder en<br />
koncentrationsskillnad mellan utsida och insida. Diffusionen bestäms av den diffusionskoefficient D<br />
(enhet cm 2 /s) som gäller för den aktuella kombinationen av penetrerande ämne och polymermaterial.<br />
Desorption kallas processen när det förorenande ämnet vandrar in i dricksvattnet från insidan av röret<br />
eller tätningsringen, alltså i princip den omvända processen till sorption. När det mottagande mediet är<br />
identiskt med det exponerade mediet så styrs sorptions- och desorptionsprocesserna av samma<br />
fördelningskoefficient, förutom i de fall när penetrantmolekylen är starkt bunden i polymeren.<br />
Flux, förkortad F, defineras som den mängd av det penetrerande ämnet som tränger igenom en viss<br />
kontaktyta (exponerad yta) per tidsenhet. Fluxen är ett resultat av alla tre processerna sorption - diffusion<br />
- desorption. Fluxen bestäms av en permeationskoefficient P (enhet cm 2 /s), vilken är en produkt av S*D,<br />
alltså fördelnings- och diffusionskoefficienterna. Fluxen ges av följande ekvation enligt Cheng (2009):<br />
F = D*S*(Cm - Cd )/l = P *(Cm - Cd )/l<br />
F = flux d v s massflöde förorening som tränger genom per ytenhet (µg/cm 2 /d)<br />
Cm = koncentration av förorenande ämne i markvattnet närmast röret (mg/l)<br />
Cd = koncentration av förorenande ämne i dricksvattnet (mg/l)<br />
D = diffusionskoefficient för aktuell kombination förorening och polymermaterial (cm 2 /d)<br />
S = det förorenande ämnets löslighet (fördelningskoefficient) i polymermaterialet (dimensionslös)<br />
P = permeationskoefficient för aktuell kombination förorening och polymermaterial (cm 2 /d)<br />
l = polymermaterialets, d v s rörets/tätningsringens, tjocklek (cm)<br />
Samma tidsenhet ska användas för F, D och P. Ovan har använts dygn men enligt standard är<br />
tidsenheten sekund.<br />
I samband med att föroreningen tränger in så interagerar de penetrerande molekylerna med<br />
polymermaterialet. Polymer relaxation (”uppmjukning”) kallas fenomenet när polymerstrukturen sträcks<br />
och omorienteras som en följd av interaktionen med penetrerande molekyler (Cheng 2009). I PVC-plast<br />
leder omorienteringen till att materialet sväller och öppnas upp så att mer fri hålrumsvolym skapas (Ong<br />
et al., 2008).<br />
Dokumenterade fallstudier<br />
I USA hade över 100 incidenter rapporterats innan 1992 där dricksvatten blivit kontaminerat till följd<br />
av att en förorening trängt in i dricksvattennätet, framför allt ifrån kraftigt förorenad jord som omgivit<br />
ledningen. Incidenterna fördelades lika mellan lågriskområden, såsom bostadsområden, och<br />
högriskområden, såsom industriområden, bensinstationer och underjordiska lagertankar.<br />
Föroreningsincidenter i lågriskområden orsakades av avfallstippning eller olyckor med läckage av<br />
petroleumprodukter, färglösningsmedel eller dylikt (Holsen et al., 1991; USEPA, 2002).<br />
Petroleumprodukter orsakade 89% av incidenterna, flyktiga klorinerade lösningsmedel (TCE+PCE)<br />
5% och naturgas 2%. Med TCE avses trikloreten (tri) och med PCE perkloretylen. Andra föroreningar<br />
som visat sig kunna tränga in i dricksvattensystem är enkla klorinerade aromater, klorinerade och ickeklorinerade<br />
rakkedjiga alifatiska kolväten samt fenoliska ämnen. Starkt polära bekämpningsmedel, såsom<br />
paraquat, malathion och atrazin, eller långkedjiga högmolekylära kolväten rapporterades ej utgöra hot på<br />
grund av dålig genomträngningsförmåga.<br />
Plaströr var involverade i 98% av incidenterna i USA. Störst andel incidenter inträffade i rör av<br />
polybutylen (PB) 43%, polyeten (PE) 39% och PVC (15%). Asbestcement, akrylnitrilbutadienstyren och<br />
tätningsringsmaterial var involverade i vardera 1% av incidenterna. Frekvensen incidenter på<br />
servisledningar rapporterades vara totalt 22,3 stycken per miljontal serviser och år, varav 16,5 inträffade<br />
Session 4: Distributionssystem 201
på serviser av PB, 3,6 av PE och 2,2 av PVC. Frekvensen incidenter på huvudledningar var totalt 5,0 st<br />
per 100 000 mile huvudledning och år, fördelat på PVC 4,6, asbestcement 0,3 och metall 0,1 st (Holsen et<br />
al., 1991). Totalfrekvensen motsvarar 3,1 per 100 000 km och år.<br />
AWWA Research Foundation publicerade 2008 en sammanställning av uppgifter om inträffade fall,<br />
som inhämtats genom en bred enkät, vilken besvarades av 151 VA-verk/VA-bolag i USA (Ong et al<br />
2008). Tillsammans hade respondenterna 83 360 miles (134 200 km) huvudledningar och 5,4 miljoner<br />
serviser. Det rapporterades om sex incidenter som rörde huvudledningar och som ledde till antingen<br />
överskridet gränsvärde i dricksvatten eller till kundklagomål. Det motsvarar frekvensen ett fall per 14 000<br />
miles (22 000 km) huvudledning. Av dessa sex fall rörde det sig i fyra fall om PVC-rör, i ett fall om rör<br />
av asbestcement och i ett fall om en gjutjärnledning med tätningsringar av styren-butadien-gummi (SBR).<br />
I två fall var det förorenande ämnet okänt, i tre fall var det bensin och i ett fall klorerat lösningsmedel. I<br />
inget av de sex fallen hade man tagit prov på mark eller grundvatten utanför ledningen, varför<br />
föroreningsgraden i marken tyvärr är okänd i dessa fall.<br />
Därutöver rapporterades om 47 fall av förorenad mark och/eller grundvatten nära huvudledning, varvid<br />
resultatet var lyckosamt i den meningen att ingen förorening upptäcktes ha trängt in i<br />
dricksvattensystemet och inget kundklagomål erhölls. De 47 fallen med lyckosam utgång fördelas enligt<br />
följande på rörmaterial: 9 PVC, 5 gjutjärn, 32 segjärn, 1 stål.<br />
Vad gäller servisledningar rapporterades om 44 genomträngningsincidenter, varav 36 gällde<br />
bensinförorening som trängt in i polybutylenrör (PB), i tre fall hade bensinämnen trängt in i polyetenrör<br />
(PE) och i två fall genom PVC-rör (Ong et al., 2008). Två rapporter rörde klorerade lösningsmedel som<br />
hade trängt genom segjärnsrör med SBR-tätning. Slutligen fanns en rapport om en incident där<br />
asfaltlösningsmedel via en mätarbrunn trängt in i en kopparledning med tätningsring av etylen-propylendien<br />
monomer (EPDM). I samtliga fall ersattes servisledningen i den förorenade marken med en ny<br />
ledning av koppar.<br />
Enligt sammanställningen som gjorts av Ong et al. (2008) kan man se att för järnledningar med SBRtätning<br />
så har inte genomträngning av huvudledningen noterats vid halten 3,6 mg/kg tetrakloreten (i<br />
mark), 15,4 mg/l tetrakloreten (i grundvatten), 0,30 mg/l total BTEX (i grundvatten) eller 25,8 µg/l<br />
bensen (i grundvatten). Däremot har man kunnat konstatera att genomträngning skett av servisledning av<br />
samma material vid samma haltnivå. Ong et al. (2008) redovisar 562 fall med kopparserviser, 1 PE, 1 PB<br />
och 13 segjärnsserviser som motstått genomträngning trots känd förorening i marken omkring<br />
servisledningen.<br />
Ong et al. (2008) redovisar även huruvida VA-verk/bolag i USA tillämpade särskilda regler vid<br />
läggning av vattenledning i förorenad mark. 81% svarade att de ej hade särskilda regler, 7% hade regler<br />
att lägga segjärnledning med resistent tätningsring i förorenad mark, 5% svarade segjärn utan angivande<br />
om speciella krav på tätningsringar, 1% svarade stålrör, 3% svarade annat material och 3% svarade att de<br />
hade en regel att inte lägga plaströr i förorenad mark. Tätningsringar som ansågs resistenta var gjorda av<br />
nitril butadien gummi (NBR) eller fluor-elastomer gummi (FKM) (Ong et al. 2008).<br />
Referenser<br />
Cheng, C-L. (2009) Permeation of organic compounds through ductile iron pipe gaskets. Doctoral thesis, Iowa State<br />
University.<br />
Holsen, T.M., J.K. Park, D. Jenkins, and R.E. Selleck. 1991. Contamination of potable water by permeation of plastic<br />
pipe. Journal AWWA, 83(8): 53-56.<br />
Mao, F., Gaunt, J.A., Ong, S. K. (2009): Permeation of organic contaminants through PVC pipes. American Water<br />
Works Association Journal, Vol. 101:5, pp. 128-136.<br />
Mao, F., Gaunt, J.A., Cheng, C., Ong, S. K. (2010): Permeation of BTEX compounds through HDPE pipes under<br />
simulated field conditions. American Water Works Association Journal, Vol. 102:3, pp. 107-118.<br />
Malm, A. och Svensson, G. (2011) Material och åldersfördelning för Sveriges VA-nät, och framtida förnyelsebehov.<br />
<strong>Svenskt</strong> <strong>Vatten</strong> Utveckling Rapport 2011-13<br />
Ong, S.K., Gaunt, J., Mao, F., Cheng, C-L., Esteve-Agelet, L. (2008) Impact of Hydrocarbons on PE/PVC Pipes and<br />
Pipe Gaskets. AWWA-RF Report 91204. ISBN 978-1-84339-202-6<br />
Selleck R.E. and B.J. Marinas. 1991. Analyzing the permeation of organic chemicals through plastic pipe. Journal<br />
AWWA, 83(7): 92-97.<br />
USEPA (2002) Permeation and Leaching, Issue Paper August 15, 2002, U.S. Environmental Protection Agency.<br />
202 Session 4: Distributionssystem
Swedish work about development of materials in contact with<br />
drinking water<br />
Olivier Rod, Swerea KIMAB, Box 7047, 164 07 Kista, olivier.rod@swerea.se, Lisen Johansson, Swerea<br />
KIMAB, Box 7047, 164 07 Kista, lisen.johansson@swerea.se<br />
Drinking water is one of our most important victuals. Usually, treatment of the water takes place in waterworks,<br />
and by the time drinking water leaves the waterwork, its quality has been raised to meet strict requirements.<br />
However, during distribution, the drinking water will come into contact with a range of materials which may<br />
potentially impact its quality. Research has shown that certain substances may be released to the water from<br />
materials in the system. For example, a case where brass faucets released lead has gained a lot of attention in<br />
Sweden. A long-term cooperation is missing between the relevant organizations regarding the effects of materials<br />
in the distribution systems on the quality of drinking water and on the human health. A strategy for development of<br />
long-term, reliable healthy and environmentally sound solutions is also missing.<br />
The work presented here, initially financed by Vinnova, is a completely new approach where relevant actors in<br />
Sweden regarding materials in drinking water distribution systems are working together to make a state of the art<br />
evaluation and work towards future innovative solutions. The constellation brings together scientists and technical<br />
experts, regarding both materials and health effects, authorities, trade associations and manufacturers of material<br />
and water distribution systems. The intention is to share knowledge and to find a joint approach to the issue of<br />
materials in contact with drinking water.<br />
The work has to this day consisted in gathering current knowledge, research and experience, identifying potential<br />
health risks and based on that proposing possible development fields. Legislations and rules have also been<br />
reviewed. In addition, work was done to broaden the project to a Nordic cooperation. Contacts have were with<br />
relevant actors in Finland, Norway and Denmark and cooperation opportunities were evaluated.<br />
Background<br />
Traditionally, development of materials in contact with drinking water has been concerned about securing the<br />
mechanical strength and the corrosion resistance of materials in order to avoid water leakage. Material choice<br />
has therefore been based on mechanical properties and little consideration has been taken to leachate behavior of<br />
the material. Nevertheless, it is known that materials can influence the quality of the water, for example when<br />
substances from the material are imparted to the drinking water (Mäkinen, 2008; Nielsen, 2001). Elevated levels<br />
of chemicals in drinking water could pose a threat to health. Lately, the issue of health effects has been<br />
addressed, since there have been reports of contamination of drinking water from materials in the distribution<br />
system. Examples are lead contamination from brass to drinking water, for example from faucets or fittings<br />
(Lennen Merckx, 2011; Nohrstedt, 2011) or possible water contamination by bisphenol-A after relining<br />
operation (Miljödepartementet, 2012).<br />
The release process from materials in the water is complex and depends on a range of factors, such as water<br />
quality, material age, contact time, flow, geometry, etc, and is therefore hard to predict (Fontanay, 2008). More<br />
research is still needed to better understand the effect of different parameters on leaching. Critical parameters for<br />
one type of materials, e.g brass, may be harmless for plastics and vice versa.<br />
In Sweden, the governmental responsibility is not well-defined. The National Food Agency is responsible for<br />
implementing parametric values for substances in drinking water, while the National Board of Housing, Building<br />
and Planning are responsible for implementing regulations for construction products and for controlling products<br />
on the market. Since the issue of materials and products in contact with drinking water concerns both the water<br />
and the products, no governmental agency has the general responsibility. This is one of the reasons to why the<br />
problem has been overlooked for a long time, and to why there is no clear legislation or recommendations about<br />
this matter.<br />
Session 4: Distributionssystem 203
Installators, commissioners of building projects and water distributors must make decisions about what materials<br />
to use in the drinking water system, without any clear health risk based recommendations and the decisions are<br />
often based on uncertain assumptions. This is a problem for many water distributors, who are responsible for<br />
providing a safe drinking water.<br />
Not only is the responsibility divided, but also the knowledge regarding materials in contact with drinking water<br />
is spread over a large number of actors and organizations. These actors do not collaborate continuously, causing<br />
a situation where no one has an overall picture of the situation. The development potential lies in the interface<br />
between the different areas of expertise; all steps in the distribution line need to be represented, from material<br />
development to installation, distribution, and finally the potential health effects after consumption.<br />
Project<br />
This project took place within phase A of Vinnova’s programme “Challenge driven innovation”. The work was<br />
carried out during five months, from November 2011 to March 2012.<br />
The project aims to initiate a cross-section collaboration which covers the whole field of materials in water<br />
distribution systems, and to find a common approach to the issue of materials in contact with drinking water.<br />
This is done by bringing together a group of organizations, authorities, trade associations, and researchers<br />
concerned with issues regarding drinking water, materials or their potential health effects. The aim of phase A<br />
was to collaborate and to make a state of the art evaluation, to identify potential risks and to suggest future<br />
development work.<br />
Results<br />
Constellation<br />
The main task of this project was to bring together relevant actors. Approximately 40 companies and<br />
organizations were contacted, some of which joined the constellation, and some of which follow the work and<br />
form an extended network of the constellation. The participants of the constellation at the end of the project are<br />
presented in figure 1.<br />
The strength of the constellation is its width; it includes producers of products (faucets, pipes) and materials<br />
(brass, copper, polymers, aluminium) as well as installators, water distributors, government agencies, researchers<br />
within both toxicology and materials and test institutes. The constellation consist of representatives from<br />
approximately 20 different companies and organizations, which together represent the whole supply chain, from<br />
the water works, through the distribution, installation, product assessment to the potential health effects.<br />
The industrial partners and their related trade associations represent the leading manufacturers in Sweden in<br />
terms of materials and products for water distribution (eg copper, brass, polymers, faucets, fittings, pipes). The<br />
participating companies are also recognized actors in the global market with growth potential. For all<br />
manufacturing companies the issue of materials effects on consumer health is highly interesting and important,<br />
but further product development requires additional skills, such as knowledge about toxicology, that are not<br />
normally available in these companies.<br />
Institute of Environmental Medicine at the Karolinska Institutet conducts research in public health, toxicology,<br />
health effects, etc. Together with the Swedish Chemicals Agency and the Swedish National Food Agency, they<br />
bring toxicological knowledge to the constellation, and new research findings which constitute the basis for the<br />
authorities' quality requirements and for sustainable development of health and environmental risk-based<br />
materials.<br />
Swerea, SP and SCDA have expertise on materials and test methods and work within the project together with<br />
manufacturers to develop and test materials and products.<br />
204 Session 4: Distributionssystem
The government agencies have an important mission to ensure drinking water quality in Sweden through<br />
appropriate risk management measures such as regulations, recommendations, information and education.<br />
The companies and organizations that deliver drinking water and those who install and use products for drinking<br />
water transport complete the consortium by their good knowledge of how materials are used in contact with<br />
drinking water. They integrate field conditions in the development, knowledge of the needs and requirements<br />
from the user side, and new trends on the market.<br />
Figure 1 Participants to the constellation.<br />
State of the art and possible developments<br />
The materials present in the different parts of the distribution networks in Sweden were listed, see figure 2.<br />
Using this list, leaching agents and potential exposure of drinking water consumers to hazardous substances was<br />
estimated, resulting in a simplified health risk assessment.<br />
Substances released into drinking water from metallic materials are well known, and health-based risk<br />
assessments could be performed. Lead from brass components is considered by toxicologists to be the main<br />
concern today, and the development of low-lead alloys is a priority for brass manufacturers. Private supply water<br />
however seem to be in many cases more corrosive and pose a greater risk of leaching from metallic materials<br />
than water from waterworks, where pH and hardness are often adjusted. Long-term tests with private supply<br />
water should be carried out on different types of materials in order to be able to develop objective information<br />
and recommendations to well owners.<br />
No well-founded risk assessment could be done regarding plastic materials, as there is only little data available<br />
and new materials constantly are introduced to the market. Based on the published studies, comparisons between<br />
Session 4: Distributionssystem 205
different plastic materials are difficult to make and the results does not apply to leaching in the field. More<br />
leaching tests on polymeric materials are needed, especially in the field.<br />
A field survey should also be conducted where water is sampled in different parts of the distribution system and<br />
analyzed for substances, both from metals and polymers. In this way, areas and materials of risk could be<br />
identified.<br />
Figure 2 Main materials in distribution systems with stagnation time<br />
Compilation of laws, regulations and<br />
rules, both in Sweden and within the EU,<br />
shows that they are numerous and often<br />
vague, and leaves room for own<br />
interpretations.<br />
One issue which needs to be clarified is<br />
the relevance of different test methods<br />
for assessment and approval of materials<br />
and products in contact with drinking<br />
water. Work has been going on for many<br />
years in an attempt to come to an<br />
agreement within the EU, as to which<br />
materials may be accepted for contact<br />
with drinking water. This work did not<br />
come up with any common approval and instead, a group called 4MS which includes representative from<br />
Germany, the UK, Holland and France has been continuing to drive this issue forward. By December 2013, the<br />
group will present a list of accepted materials, so called positive list, which will apply in these four countries<br />
(4MS, 2010). This list will most likely act as an unofficial European guideline and will affect the producers and<br />
users in Sweden.<br />
At the same time, the National Board of Housing Building and Planning in Sweden is revising the current<br />
product approval and there is uncertainty on what methods will be used in the future for assessment of materials<br />
and products in contact with drinking water. For example, an optional product approval called NKB4 is used in<br />
Sweden to approve faucets. This method is a short term dump-and-fill test and differs greatly from the long term<br />
rig tests which are used in many other European countries to approve materials in contact with drinking water.<br />
There is uncertainty about the relevance of this product approval since research indicates that this method does<br />
not assess the long term behavior of the material, and that the results cannot be related to the drinking water<br />
parametric value (Johansson, 2012).<br />
One option for Sweden may be to join the 4 MS system with positive lists, however, it is not fully clarified<br />
whether or not these positive lists are relevant for Sweden, since water quality differs from other European<br />
countries, especially since Sweden have a large number of private water supplies, where water may be more<br />
corrosive than the test waters used to assess material behavior (Aastrup et al., 1995). In Germany, this water has<br />
been excluded from the test methods, since the opinion is that water supply owners themselves must ensure the<br />
quality of the water (Rapp, 2012).<br />
There is a great need from government agencies, consumers, and the Swedish industry for a single group that<br />
works nationally and with a Nordic perspective on regulation and development of materials in contact with<br />
drinking water. From this perspective, contacts were taken with research organizations to start a co-operation<br />
with specialists from Finland, Norway and Denmark. To cover, adapt and influence the work in the EU will be<br />
very important for both authorities and manufacturers in the coming years. We believe that the constellation<br />
should be the basis for a group who customize clear national rules based on the EU's work, which is proposed by<br />
the 4 MS.<br />
206 Session 4: Distributionssystem
References<br />
Mäkinen, R. (2008) Drinking water quality and network materials in Finland.<br />
Publications of Finnish Institute of Drinking Water 5.<br />
Lennen Merckx, J., Salö, F. (2011) <strong>Vatten</strong>kran läckte farliga mängder bly.<br />
Retrieved 2011-09-30 from<br />
http://svt.se/2.22620/1.2349301/vattenkran_lackte_farliga_mangder_bly<br />
Nohrstedt, L. (2011) Kranar riskerar förgifta vattnet. Byggvärlden (2011-03-09).<br />
Retrieved 2011-10-20 from<br />
http://www.byggvarlden.se/nyheter/energi_miljo/article3122236.ece<br />
Fontanay, F., Andersen, A. (2008) Metal release to drinking water – an overview of<br />
Danish and European regulations and investigations. FORCE Technology.<br />
Nielsen, K. (2001) Metalafgivelse til drikkevand. FORCE Instituttet. Miljøprojekt nr. 603.<br />
Miljödepartementet (2012). Regeringen förbjuder Bisfenol A i barnmatsburkar. (2012-04-12) Retrieved 2012-<br />
05-24 from http://www.regeringen.se/sb/d/16083/a/190420<br />
Aastrup, M., Thunholm, B., Johnson, J., Bertills, U. och Berntell, A. (1995) Grundvattnets kemi i Sverige.<br />
Naturvårdsverket och Sveriges geologiska undersökning. Naturvårdverket Rapport 4415.<br />
Johansson, L. (2012) Methods for assessing Pb release from brass to drinking water. Swerea KIMAB (not yet<br />
published).<br />
4MS (2010) Declaration of intent between the competent authorities of France, Germany, the Netherlands and<br />
the United Kingdom concerning the approval of products in contact with drinking water (drinking water quality).<br />
W-TK-3-4~12-0010<br />
Rapp, T. Umweltbundesamt (UBA) Federal Environment Agency, Germany. Personal communication 2012-04-<br />
19.<br />
Session 4: Distributionssystem 207
208 Session 4: Distributionssystem
Box 47607, 117 94 Stockholm<br />
Tel 08 506 002 00<br />
Fax 08 506 002 10<br />
E-post svensktvatten@svensktvatten.se<br />
www.svensktvatten.se