Vannkvalitet og helserisiko

  • PhD student Fasil Ejigu Eregno
    Foto
    Belachew Asalf Tadesse

Fasil Ejigu Eregnos studie kombinerte kvantitativ mikrobiell risikovurdering og modellering av vannkvalitet i estimeringen av helserisiko relatert til eksponering for vannbårne patogener

Vannkvalitet og helserisiko

På tross av bred innsats for å forbedre vannkvaliteten langs alle smitteveier, er vannbåren sykdom fortsatt et folkehelseproblem i både utviklingsland og utviklede land. For å møte trusselen fra vannbårne sykdommer med tilpassede tiltak, er det viktig med en forståelse av risikonivået. I denne sammenhengen er kvantitativ mikrobiell risikoanalyse (QMRA) en modelleringstilnærming som får økt oppmerksomhet, og blir nå anbefalt av Verdens helseorganisasjon (WHO) for å fastsette kriterier og forskrifter for trygt vann. QMRA har vært nyttig for å estimere helserisikonivåer og derigjennom rette fokus mot risikobaserte tiltak, men det er fortsatt diverse utfordringer ved å anvende QMRA under varierte betingelser. En av de største utfordringene er mangelen på kvantitativ informasjon om konsentrasjonene av smittestoffer, og variasjonene i disse gjennom vannets transportveier. Derfor er data fra overvåkning av smittestoffer kjærkommen informasjon for QMRA. Mulighetene for å integrere og bruke data fra overvåkning og modellering av mikrobiell vannkvalitet i QMRA-rammeverket er for tiden en sentral problemstilling.

Denne avhandlingen vil styrke QMRA-tilnærmingen gjennom modellering av mikrobiell vannkvalitet. Trender, ekstreme konsentrasjoner, transport og spredning av smittestoffer i en drikkevannskilde og badevann ved kysten ble studert med statistiske (Artikkel I) og deterministiske (Artikkel II) metoder for modellering av vannkvalitet, og deretter knyttet til QMRA-rammeverket (Artikkel III). Det er også en studie av inaktivering av smittestoffer i sjøvann, som kan være inngangsdata for modellering av mikrobiell overlevelse og transport (Artikkel IV). Dessuten har avhandlingen sett på helserisiko knyttet til gjenbruk av behandlet gråvann (Artikkel V), samt fjerning av mikroorganismer og næringsstoffer i systemer for etterbehandling og utslipp av forbehandlet gråvann (Artikkel VI). Studier av umettet og mettet strømning gav verdifull innsikt i fjerningen av smittestoffer i desentraliserte systemer for avløpsbehandling, og kan i noen sammenhenger være relevant for QMRA.

Artikkel 1 benyttet tidsseriedata for fekale indikatororganismer fra et vannbehandlingsanlegg med Glomma som råvannskilde for å vurdere trender i mikrobiell vannkvalitet og for å beregne sannsynligheten for at ekstreme nivåer av mikroorganismer skal opptre i vannkilden. Trendanalyse ble gjennomført med Mann-Kendalls test og Sens estimator for helning, og sesongbaserte trender ble undersøkt med lineær regresjon. Sannsynligheten for ekstreme nivåer av mikroorganismer ble estimert med «peak-over threshold»-metoden. Den midlere konsentrasjonen av Clostridium Perfringens falt signifikant i løpet av perioden. Sesongbasert trendanalyse indikerer at Clostridium Perfringens og intestinale enterokokker har fallende trender henholdvis om høsten og våren. I tillegg ble ekstreme konsentrasjoner for fem indikatororganismer estimert for utvalgte gjentaksintervall.

Andre del av avhandlingen fokuserer på badevannskvalitet ved kysten i tilknytning til QMRA, og detaljene blir presentert i artikkel II, III & IV. For å forstå effekten av ulike prosesser (nedbør, utslipp fra båter og vindretninger) på den mikrobielle vannkvaliteten på badestrender, ble det gjennomført hydrodynamisk modellering (Artikkel II) i Oslofjorden ved strendene i Sandvika. Resultatene fra disse studiene viser at 1) badevannskvaliteten var dårlig i henhold til EUs badevannsdirektiv i opptil to dager etter kraftige nedbørshendelser, avhengig av hvor på stranden man er, 2) utslipp fra en båt i 300 m avstand fra land kan utgjøre en helserisiko hvis en person om bord i båten er smittet med et høyinfektivt smittestoff og 3) virkningen av vind på spredningen av mikrobielle forurensninger og badevannskvalitet avhenger av plasseringen av stranden i forhold til forurensningskilden. Artikkel III integrerer hydrodynamisk modellering med QMRA ved hjelp av simulering av en kraftig nedbørshendelse i Sandvika-området 7. juli 2014. De simulerte E.coli-konsentrasjonene på hver strand ble brukt til å estimere konsentrasjonene av smittestoffer (Norovirus, Campylobacter, Salmonella, Giardia og Cryptosporidium) basert på forholdet mellom konsentrasjonen av smittestoffer og E.coli i avløpssystemet, og helserisikoen ble deretter beregnet ved hjelp av QMRA. Resultatene indikerte at infeksjonsrisikoen var høyere for mindreårige sammenlignet med voksne, og den høyeste beregnede risikoen gjaldt strendene på Kalvøya. Dessuten var sannsynligheten for å bli eksponert for norovirus høy på alle strendene, men andelen infektive virus bør undersøkes nærmere. Artikkel IV undersøker inaktiveringsrater for fekale indikatorbakterier (FIB) og virus i sjøvann, og inaktiveringsmodeller ble utviklet for totale koliforme bakterier, E.coli, intestinale enterekokker, adenovirus og MS2 i sjøvann fra overflaten og fra dypt vann, noe som er viktig for transportmodeller og QMRA. Resultatene fra eksperimentet indikerer at inaktiverings-koeffisientene var høyere ved 20 °C enn ved 4 °C, høyere i overflatevann enn i vann fra dypet, og høyere for FIB enn for virus.

I tredje del av avhandlingen undersøkes helserisikoen ved gjenbruk av behandlet gråvann til irrigasjon i hydroponiske systemer (Artikkel V) og fjerningen av næringsstoffer og mikrobielle forurensninger fra systemer for utslipp av behandlet gråvann (Artikkel VI). I Artikkel V analyseres informasjon om den mikrobielle kvaliteten på behandlet gråvann, nivået av mikrobiell forurensning i dyrket salat og bioakkumuleringen av tungmetaller i plantevev. Både QMRA og kjemisk helserisikoanalyse (CHRA) ble benyttet for å vurdere helserisikoen. Sannsynligheten for infeksjon pga. salatinntak per eksponering ble estimert til 1.4 x 10-10, 7.8 x 10-13 og 1.3 x 10-10 for henholdsvis Cryptosporidium, Campylobacter og norovirus. Dessuten viser CHRA-resultatene i form av «targeted hazard quotient» at de største bidragene til helserisiko fra grunnstoffer var As, Cr og Cu. Artikkel VI undersøkte fjerningen av bakterier (totale koliforme bakterier og E.coli), modellvirus (St28B) og næringsstoffer i systemer for utslipp av behandlet gråvann, både under mettede og umettede forhold. Hensikten med studien var å identifisere det mest effektive infiltreringssystemet til bruk som etterbehandlingssteg og dessuten å undersøke fjerningseffekten ved mettede strømningsforhold. Kolonner med 30 cm Filtralite over 50 cm subbus (kolonne D), og kolonner med Filtralite over finsand over morene (kolonne B) gav forholdvis bedre fjerningseffekt for totale koliforme bakterier, E.coli, St28B, næringsstoffer og organisk stoff uten at det oppstod problemer med gjentetting i løpet av forsøksperioden.

Denne avhandlingen bidrar til å forbedre QMRA-metodikken og viser at QMRA i kombinasjon med modellering av mikrobiell vannkvalitet har potensiale til å estimere helserisikoen i ulike kontekster og langs ulike smitteveier, som drikkevann, badevann og gjenbruksvann. Selv om varierte og viktige problemer er behandlet i denne avhandlingen, gjenstår det å undersøke mange andre utfordringer for å forbedre QMRA-metodikken.



Fasil Ejigu Eregno disputerer ved NMBU 14. desember 2017

Published 5. desember 2017 - 10:09 - Updated 5. desember 2017 - 13:50