LOPPURAPORTTI Kuopio

Transkriptio

1 LOPPURAPORTTI Kuopio TALOUSVEDEN EARLY WARNING - Projekti Jenni Ikonen Terveyden ja hyvinvoinnin laitos Vesi ja terveys -yksikkö Kuopio 1

2 Sisällysluettelo 1. Taustaa Materiaalit ja menetelmät Tampereen vesilaitos Porvoon vesilaitos Koejärjestelyt Biosentry-laite Mikrobiologiset analyysit Fysikaaliset ja kemialliset analyysit Tilastomenetelmät Tilastollinen tarkastelu Soveltava tilastollinen tarkastelu Tulokset Tampereen vesilaitos Mikrobiologiset analyysit Fysikaaliset ja kemialliset analyysit Biosentry laitteen -tulokset Tilastomenetelmät Tilastollinen tarkastelu Soveltava tilastollinen tarkastelu Porvoon vesilaitos Mikrobiologiset analyysit Fysikaaliset ja kemialliset analyysit Biosentry laitteen -tulokset Tilastollinen tarkastelu Soveltava tilastollinen tarkastelu

3 1. Taustaa Suomessa juomaveden likaantumistapauksia sattuu vuosittain noin parikymmentä kappaletta. Näistä likaantumistapauksista yleensä noin kymmenen osoittautuu vesiepidemiaksi eli tapaukseksi, jossa veden välityksellä vähintään kaksi henkilöä sairastuu. Vesivälitteiset sairastumiset havaitaan poikkeuksetta lähes aina vasta siinä vaiheessa, kun ensimmäiset sairaustapaukset tulevat rekisteröidyiksi terveyskeskuksissa tai sairaaloissa. Talousveden likaantumisen syitä on monia. Raakavesien likaantumiset ovat aiheuttaneet suurimman osan vesiepidemioista, mutta talousveden likaantumisia aiheuttavat myös ongelmat vesijohtoverkostoissa ja vesitorneissa. Vesijohtoverkostoissa likaantumistilanteita voivat aiheuttaa vaihtelut veden virtaussuunnissa, putkirikot tai jäteveden pääsy vesijohtoverkostoon. Verkostossa virtausmuutokset voivat irrottaa putkistojen pinnoille kertynyttä mikrobiologista kasvustoa eli biofilmejä ja epäorgaanista ainesta eli sakkaa (Geldreich, E.E. 1988, Percival et al., 2000). Myös inhimillisellä erehdyksellä tai tiedon puutteella on havaittu olleen osuutta likaantumistapauksissa, kuten oli esim. Nokian (2007) tai Siilinjärven (2012) vesiepidemioiden yhteydessä. Yleisimmät Suomessa sattuneiden vesiepidemioiden aiheuttajat ovat kampylobakteerit ja norovirukset (Miettinen ym., 2001). Kambylobakteerit ovat mikroaerofiilejä, jotka vaativat kasvaakseen o C, joten ne eivät lisäänny vedessä (Percival et al., 2000). Lämpökestoiset kampylobakteerit, erityisesti C.jejuni ja C.coli, ovat patogeeneja, jotka aiheuttavat vesivälitteisiä epidemioita. Yleensä kambylobakteereiden aiheuttamat vesiepidemiat ovat saaneet alkunsa pienten desinfiointia käyttämättömien laitosten raakavesilähteestä. Norovirukset ovat patogeenisiä, enteerisiä viruksia, joita infektoitunut henkilö tuottaa vielä sairastumisensa jälkeenkin pidemmän ajanjakson ajan infektiivistä partikkelia/gramma (Koopman M., 2009). Norovirukset voivat päästä talousveteen esimerkiksijätevesikontaminaation myötä. Maailmalla on herännyt kiinnostus talousveden likaantumisen nopeaan havaitsemiseen. Tämä on tehnyt mahdolliseksi uusien mittausmenetelmien markkinoille tulon. Paljon huomiota ovat saaneet erityisesti niin sanotut on-line mittausjärjestelmät. Niillä tarkoitetaan mittareita, joita on asennettu eri osiin vedentuotantoketjua ja joiden avulla voidaan saada reaaliaikaista tietoa talousveden sen hetkisestä tilasta. On-line mittarit voivat erityisesti verkostopuolella olla ratkaisu veden likaantumistilanteiden nopeaan havaitsemiseen. On-line mittauksen haasteita ovat mittauksissa syntyvä datan määrä sekä mittausdatan laatu. On-line mittausten tyypillisiin haasteisiin kuuluvat mm. kohina, äkilliset muutokset mittausdatassa, tai selvästi havaittavat poikkeamat, jotka usein ovat virheellisiä mittaustuloksia. Lisäksi mittarin antamat tulokset saattavat alkaa ryömimään eli mittauslukema lähtee kasvamaan/laskemaan ilman syytä. Onkin todettu, että todelliset veden laadun muutokset on-line mittauksissa ovat muutoksia, jotka ovat selvästi havaittavissa olevia, pidempikestoisia muutoksia veden laadussa (van Broeke., 2011). On-line mittauksesta saatavaan hyötyyn vaikuttaa myös se, miten datansiirto mittarilta tiedon varastointi-/käsittely-yksikköön on järjestetty. Tämän projektin tavoitteena oli testata partikkelien lukumäärää ja muotoa (kokoa) mittaavaa Biosentry-laitetta (JMAR, USA). Tavoitteena oli myös selvittää millaisia veden laadullisia muutoksia tällaisella on-line mittauksella kyetään havaitsemaan. Lisäksi tavoitteena oli luokitella sensoritiedon ja erilaisten veden laadun muutosten välisiä yhteyksiä ja tunnistaa veden biologiskemiallisten muutosten eroja, erottaa normaalit vedenlaatumuutokset poikkeuksellisista tilanteista ja muodostaa erilaisia vedenlaatuprofiileja kohteena olevilla vesilaitoksilla. 3

4 2. Materiaalit ja menetelmät 2.1 Tampereen vesilaitos Tampereella suurin osa käytettävästä talousvedestä valmistetaan pintavedestä. Pintavesi otetaan hyvälaatuisesta Roine-järvestä. Järven vettä käytetään Roineen laitoksella vuosittain noin 15 miljoonaa kuutiometriä talousveden tuotannossa. Vettä otetaan 4-5 metrin syvyydestä, noin 200 metrin etäisyydellä rannasta. Tampereen Veden pohjavedenottamot sijaitsevat Messukylässä, Hyhkyssä, Julkujärvellä ja Pinsiössä. Näsijärveä käytettiin aiemmin jo 1800-luvulla raakavesilähteenä Tampereella. Siitä ottavat nykyisin raakavetensä Kämmenniemen ja Polson vedenpuhdistuslaitokset sekä Kaupinojan vedenpuhdistuslaitos, joka toimii varavesilaitoksena. Yhteensä Tampereen Vesi puhdistaa vettä tamperelaisten ja lähikuntien käyttöön noin 20 miljoonaa kuutiota vuodessa. Tampereen Vesi toimittaa vettä myös Pirkkalaan sekä tarpeen mukaan Nokialle, Lempäälään ja Kangasalle ( Tampereella Ruskon vedenpuhdistuslaitoksella käsiteltävästä pintavedestä poistetaan humus rautasaostuksen, flotaation ja hiekkasuodatuksen avulla. Veden laatu ja makuominaisuudet viimeistellään aktiivihiilikäsittelyllä. Puhdistuksessa käytetään myös klooridioksidia hapettimena ja klooria desinfiointiin Porvoon vesilaitos Porvoon vesilaitoksen vedenhankinta perustuu kokonaisuudessaan pohjaveden ja tekopohjaveden käyttöön. Laitoksella on käytössä seitsemän vedenottamoa, joista kolme on jatkuvassa käytössä ja neljä toimii varavedenottamoina. Vedenottamot ovat seuraavat: Sannainen, Saksala ja Norike. Varavedenottamot ovat Linnanmäki, Mickelsböle ja Sondby sekä Ilola. Vedenottamoiden luontainen antoisuus on noin 5 miljoonaa kuutiota vuodessa, kun varavedenottamoita ei lasketa mukaan. Sannaisten vedenottamoon kuuluu lisäksi kaksi raakavedenottamoa, joista pumpataan vettä Bosgårdinimeytysalueelle tekopohjaveden muodostamiseksi ( Pohjaveden hyvän laadun ansiosta Porvoon vesilaitoksien veden käsittely on melko yksinkertaista. Saksalan, Mickelsbölen ja Ilolan vedenottamoissa suoritetaan raudan ja mangaanin poisto. Muissa vedenottamoissa säädellään ainoastaan veden ph arvoa. Kaikissa vedenottamoissa on veden desinfiointivalmius. Päävedenottamoilla vesi desinfioidaan UV-valolla ja syötetään hiilidioksidia. Muilla vedenottamoilla vesi desinfioidaan natriumvetyhypokloriitilla vuodenajasta riippuen. 2.3 Koejärjestelyt Kaupunkien verkostoista valittiin tutkimukseen mukaan yhteensä neljä veden laadun monitorointipistettä. Tavoitteena näiden mittauspisteiden valinnassa oli se, että seurantaan saataisiin mukaan laadultaan ongelmalliseksi koettuja verkostonmittauspisteitä, jolloin tutkimukseen saataisiin mukaan mielenkiintoisia näytteitä ja tutkimuksen kannalta merkittäviä vedenlaatumuutoksia havaittaisiin. Verkostomittauspisteissä tuli kuitenkin olla Biosentry -laitteen asennus-, sekä vesinäytteenottomahdollisuus ja tämä rajoitti osaltaan mittauspisteiden valintaa. Tampereella verkostonseurantapisteiksi valikoituivat Kauhakorven paineenkorotusasema sekä Kalevan päiväkoti. Porvoossa verkostonseurantapisteet olivat vesilaitos ja Myllymäen vesitorni. Veden laadunseurantajaksot, jotka toteutettiin sekä keväällä, että syksyllä vuonna 2011, olivat 4

5 kestoiltaan kahden kuukauden mittaisia. Toisen kuukauden ajan veden laatua seurattiin Biosentry - laitteella aina yhdestä verkostonmonitorointipisteestä kerrallaan. Vesinäytteitä otettiin koko seurannan ajan näytteenotto-ohjelman mukaisesti kerran viikossa kaikista tutkimuksessa mukana olleista verkostonseurantapisteistä. 2.4 Biosentry-laite Mitattavien partikkeleiden lukumäärän ja muodon tunnistaminen tapahtui veden virratessa Biosentry-laitteen (Kuva 1) mittauskyvetin läpi. Laitteeseen pystyttiin asettamaan haluttu mittaustiheys, sekä asettamaan näytteenottorajat niin sauvabakteerien, itiöllisten bakteerien, kuin alkueläimienkin muotoisille partikkeleille. Muunlaiset partikkelit laite ilmoitti tunnisteella tuntemattomat partikkelit. Laitteeseen oli asennettuna automaattinen näytteenotto niin, että mikäli veden laatu poikkesi selvästi asetetuista oletusarvoista, laite kykeni ottamaan automaattisesti vesinäytteen. Laitteessa tapahtui automaattinen puhdistusprosessi joka päivä keskiyöllä. Tutkimuksen aikana laitteen mittausnopeudeksi oli asetettu yksi mittaus / minuutti. Näytteenottorajoiksi asetettiin Tampereella keväällä 2500 osumaa/min tuntemattomat Kuva 1. Biosentry-laite partikkelit, 500 osumaa/min sauvamuotoiset partikkelit, 200 osumaa/min itiömuotoiset partikkelit ja 20 osumaa/min alkueläimen muotoiset partikkelit. Laitteen seurantajakson ollessa käynnissä näytteenottorajoja kuitenkin nostettiin , koska havaittiin (Kuva 2a ja b), että laitteelle asetetut rajat ylittyivät jatkuvasti. Uudet rajat olivat 5000 osumaa/min tuntemattomat partikkelit, 800 osumaa/min sauvamuotoiset bakteerit, 200 osumaa/min itiömuotoiset bakteerit ja 20 osumaa/min alkueläimen muotoiset partikkelit. Syksyllä puolestaan Porvoossa näytteenottorajoja laskettiin niin, että ne olivat: tuntematon 2000, sauvamuotoiset bakteerit 200, itiömuotoiset 50 ja alkueläinmuotoiset 10 osumaa/min (Kuva 3a ja 3b). Syksyllä myös Tampereella näytteenottorajat olivat edellä mainitut (2000/200/50/10). Keväällä lisänäytteenottotilavuudet olivat litran suuruisia, syksyn seurantajaksolle siirryttäessä lisänäytteen tilavuutta nostettiin viiteen litraan. Rutiiniseurannan näytteenottotilavuus oli 2,5 litraa. 2.5 Mikrobiologiset analyysit Escherichia coli ja koliformiset bakteerit E. coli analysoitiin kalvosuodatusmenetelmällä käyttäen standardiluonnoksen ISO :2008 mukaista Chromocult -alustaa. Taustakasvun rajoittamiseksi maljaan lisättiin vankomysiini ja kefsulodiini -nimisiä antibiootteja. Inkubointi tapahtui +36 ºC, h. Chromocult-alustalla, E. coli kasvaa sinisinä pesäkkeinä ja muut koliformiset bakteerit punaisina pesäkkeinä (pmy/1000ml). 5

6 Heterotrofinen pesäkelukumäärä ja kokonaismikrobilukumäärä Talousveden yleisen mikrobiologisen laadun mittarina käytettiin heterotrofisten bakteerien (HPC) lukumäärää, joka analysoitiin viljelymenetelmin (R2A-pintaviljely ja TH-maljavalu). TH-maljavalu analyysi tehtiin muutamia kertoja, mutta tuloksissa painotettiin R2A-pintaviljelyä. Lisäksi mikrobien kokonaislukumäärä analysoitiin mikroskopointitekniikalla, jossa solut värjätään (DAPI - värjäys) ja sitten lasketaan epifluoresenssimikroskooppilla (Olympus BX51TF, Japan). Kokonaismikrobilukumäärä kuvaa vedessä olevia kaikkia mikrobeja(bakteereita); eli myös niitä bakteereita, jotka eivät kasva maljalla (kuolleet sekä elävät) Fysikaaliset ja kemialliset analyysit Rutiiniseurannassa laboratoriossa vesinäytteistä määritettiin lämpötila ( o C), ph, sähkönjohtavuus, (µs/cm) (Multi 3430, WTW,Saksa), sameus (NTU) (Turb 555-IR, WTW, Saksa), partikkelit (>0,5µm 1/10 -laimennos UP-vedessä) (SVSS-C, Pamas GmbH, Saksa). Lisäksi näytteistä määritettiin rauta (mg/l), kupari (mg/l) (DR5000, HACH-Lange) sekä UV-abs 254nm ja abs 420nm (UV 1601, Shimadzu corporation, Japan). 2.7 Tilastomenetelmät Tilastollinen tarkastelu Tuloksia tarkasteltiin SPSS- ohjelmalla (IBM SPSS Statistics,version 21). Korrelaatiotarkastelun avulla (Spearmann`s Rank) selvitettiin selittivätkö mitkään tekijät mikrobiologisia tai kemiallisia muutoksia seurannassa yleisesti. Lisäksi testattiin Kolmogorov-Smirnovin parametrittomalla testillä sitä erosivatko näiden laitosten vedet merkittävästi toisistaan Soveltava tilastollinen tarkastelu Dataa analysoitiin laatimalla aineistosta itseorganisoituva kartta (ns. SOM -kartta), josta saatuja referenssivektoreiden korrelaatioita verrattiin keskenään. Tämän menetelmän etuna on se, että analyysiä on mahdollista tehdä perinteisiä tilastollisia menetelmiä epätäydellisemmällä dataaineistolla. Lisäksi data-aineistosta on mahdollista löytää heikompia tai esim. epälineaarisia riippuvuuksia eri muuttujien välillä perinteisiin menetelmiin verrattuna. SOM-kartassa alkioiden riippuvuuksien tarkasteluista syntyy ryhmittymiä eli klustereita, jotka värjääntyvät samanväriseksi ja samalla kohtaa kuviota. 6

7 3. Tulokset 3.1 Tampereen vesilaitos Mikrobiologiset analyysit Tampereen veden verkostossa kevään 2011 seurannassa HPC -pitoisuus oli R2A pintaviljelyllä määritettynä Kauhakorven paineen korotusasemalla keskimäärin 1300 pmy/ml ja Kalevan päiväkodilla 500 pmy/ml. Syksyllä HPC -pitoisuudet olivat 100 pmy/ml ja 70 pmy/ml. Kokonaismikrobilukumäärät olivat Kauhakorvella solua/ml (kevät) ja solua/ml (syksy). Kalevalla vastaavat luvut olivat solua/ml (kevät) ja solua/ml (syksy) Fysikaaliset ja kemialliset analyysit Näytteenottolämpötilat olivat keväällä Kauhakorvella 9 ºC (2,9 18,9 ºC) ja Kalevalla 8,5ºC (4 12,9 ºC). Syksyllä näytteenottolämpötilat olivat Kauhakorvella 12,7 ºC (8,3 18,1 ºC) ja Kalevalla 13,4 ºC(11,0 16,1 ºC) ºC) Rautapitoisuuksien keskiarvot olivat keväällä ja syksyllä Kauhakorvella 0,02 mg/l ja Kalevalla 0,03 mg/l. Sameus oli molempien seurantajaksojen aikana 0,01 NTU kaikilla mittauskerroilla kummassakin pisteessä. Partikkelilukumäärän osalta Kauhakorven partikkelilukumäärä oli keväällä keskimäärin kpl/ml ja syksyllä kpl/ml Kalevalla arvot olivat kpl/ml ja 7800 kpl/ml. Vesinäytteistä ei löytynyt yhtään koliformista bakteeria seurantajakson aikana Biosentry laitteen -tulokset Seurantajaksojen aikana Biosentry-laite otti poikkeavien partikkelihavaintojen takia yhteensä kuusi lisänäytettä. Datan tarkastelussa havaittiin jälkeenpäin, että rajojen ylityksiä oli kuitenkin useampia (Kuvat 2a, 2b, 3a ja 3b). Kaikki lisänäytteet otettiin Kauhakorven seurantapisteestä, jossa Biosentry -laite oli käytössä molemmilla Tampereen seurantajaksolla. Kolme näytteenotoista ajoittui keväälle (13.5, 17.5, 18.5) ja kolme syksylle (11.10, 24.10, 28.10). Viisi näytteistä analysoitiin THL:n vesimikrobiologian laboratoriossa Kuopiossa ja yksi Tampereella Ruskon vesilaitoksen laboratoriossa. 7

8 Kuva 2a. Biosentry -laitteen mittaamaa dataa Tampereelta Punaiset nuolet y- akselilla kuvaavat laitteelle asetettuja raja-arvoja (keväällä 2500/500/200/20 osumaa/min). Kuva 2b. Biosentry -laitteen mittaamaa dataa Tampereelta Punaiset nuolet y- akselilla kuvaavat laitteelle asetettuja raja-arvoja (raja-arvojen nosto ). 8

9 Kuva 3a. Biosentry -laitteen mittaamaa dataa Tampereelta Punaiset nuolet y- akselilla kuvaavat laitteelle asetettuja raja-arvoja (syksyllä 2000/200/50/10 osumaa/min). Kuva 3b. Biosentry -laitteen mittaamaa dataa Tampereelta Punaiset nuolet y- akselilla kuvaavat laitteelle asetettuja raja-arvoja (syksyllä 2000/200/50/10). 9

10 Kevään lisänäytteissä raudan pitoisuus oli 0,42 0,78 mg/l. Sameus vaihteli lisänäytteissä 2,6 11,7 NTU:n välillä. Heterotrofinen pesäkelukumäärä R2A-maljalla vaihteli lisänäytteissä pmy/ml, normaalipitoisuuden ollessa keskimäärin 1300 pmy/ml. Näin pesäkeluvun muutokset olivat noin 1,6 logaritmia korkeammat kuin rutiiniseurannassa. Partikkelimittaustulos saatiin kevään lisänäytteiden osalta mitattua vain yhdestä näytteestä (18.5.) ja se oli kpl/ml. Sen sijaan kokonaismikrobilukumäärissä ei näkynyt tarpeeksi suurta muutosta normaaliseurantaan nähden. Sen vuoksi voisi olettaa, että syy kevään lisänäytteidenotolle on ollut epäorgaanisen aineksen nousu (sakkojen irtoaminen) seurantapisteessä. Kuitenkin, kun HPC -pitoisuudet olivat selvästi normaalia korkeampia, liittyi näihin aina se mahdollisuus, että sakkojen irtoamisen lisäksi mukana on ollut myös jonkin verran orgaanista ainesta (biofilmin irtoaminen). On todennäköistä että Biosentry -laitteen havaitsemaan veden poikkeavaan laatuun ja siitä seuranneeseen lisänäytteenottoon oli tapahtunut Ruskon vuosihuolto. Toisaalta tapahtuneen vedenlaadun muutoksen ja silloin otetun näytteenoton kohdalla epäiltiin pumppujen asentamista verkostoon. Sakkaa on voinut irrota molemmilla kerroilla verkostoon näiden toimenpiteiden aikana. Syksyn lisänäytteissä raudan pitoisuus vaihteli 0,04 4,2 mg/l välillä. Sameus vaihteli 0,04 36 NTU:n välillä. Heterotrofiset pesäkelukumäärät olivat ekstranäytteissä yli kymmenkertaiset normaaleihin pesäkelukuihin verrattuna lukuun ottamatta yhtä kertaa, jolloin HPC tulos oli lähes neljä logaritmia keskiarvotulosta suurempi. Saman näytteen kokonaismikrobilukumääräkin oli poikkeuksellisen korkea (>10 kertainen tulos) (11.10.). Mikroskooppikuva DAPI -väriaineella värjätystä ekstranäytteestä osoittaa että kyseissä näytteessä oli selvästi normaalia enemmän bakteereita (kuva 4a). Kahdessa muussa tapauksessa kokonaismikrobilukumäärässä ei havaittu nousua verrattuna normaalitilanteeseen (Kuva 4b). Epäorgaaninen aines näkyi mahdollisesti lisänäytteiden DAPI värjäyksessä mustina epäspesifisinä täplinä (Kuva 5). Kuva 4a. Syksyn ekstranäyte ( ), jossa havaittiin selvästi kohonnut kokonaismikrobilukumäärä. (DAPI -värjäysmenetelmällä näkyvät niin elävät, kuin kuolleet bakteerit.) 10

11 Kuva 4b. Seurantajakson näyte ( ), jossa ei ollut havaittavissa keskiarvosta poikkeavaa kokonaismikrobilukumäärää. Kuva 5. Syksyn ekstranäyte ( ) ja epäorgaaninen aines, joka havaittiin DAPI - värjäyksessä epäspesifisinä mustina täplinä. Suurentuneen kokonaismikrobilukumäärän omaavassa näytteessä havaittiin nousu myös partikkelipitoisuudessa. Tulokseksi saatiin kpl/ml (kyseisessä näytteessä rautapitoisuus 0,04 mg/l), rutiiniseurannassa partikkeleita oli siis kpl/ml. Selvä partikkelimuutos havaittiin myös näytteessä, jonka rautapitoisuus oli 4,2 mg/l tällöin partikkelipitoisuus antoi tulokseksi kpl/ml (25.10). Kolmannesta syksyn ekstranäytteestä saatiin partikkelitulokseksi kpl/ml (28.10). Syksyn ekstranäytteissä havaittiin, että yksi Biosentry -laitteen havaitsema partikkelipiikki johtui todennäköisimmin mikrobiologisesta laadunmuutoksesta (11.10.). Tätä 11

12 tukee se, että ko. näytteessä rautaa oli vain 0,04mg/l, kun muissa Biosentryn havaitsemissa poikkeamatilanteissa otetuissa lisänäytteissä rautaa oli vähintään 0,17mg/l. Kaksi muuta näytteenottoa johtuivat todennäköisesti epäorgaanisesta aineesta, mutta niidenkin kohdalla havaittiin kuitenkin HPC -pitoisuudessa selvä nousu. Syyksi veden poikkeavaan laatuun epäiltiin vesilaitoksen käyttökatkoa. Muiden laadunvaihteluiden syyt jäivät epäselviksi Tilastomenetelmät Tilastollinen tarkastelu Tampereen ja Porvoon mittausdatojen eroja testattiin Kolmogorov-Smirnovin testillä. Testi osoitti, että Tampereen ja Porvoon vedet erosivat toisistaan tilastollisesti merkitsevästi lämpötilan, ph:n, sameuden, absorbanssien, heterotrofisen pesäkelukumäärän sekä kokonaismikrobilukumäärien suhteen. Spearmannin rank- korrelaatiotarkastelun avulla Tampereen vesinäytteistä heteroita pystyttiin selittämään näkyvän valon absorbanssilla, 420 nm mitattuna (R=0,427, p<0,05,n=35) ja raudan määrää sähkönjohtokykyä mittaamalla (R=0,445, p<0,01,n=34) Soveltava tilastollinen tarkastelu Kuvassa 6 on esitetty mittaustulokset SOM -kartan muodossa. Erityisesti sauvamuotoiset sekä tuntematon korreloivat veden rautapitoisuuden kanssa (punaiset alkiot osuvat samalle kohtaa järjestäytyneitä alkioita), mikä viittaa siihen, että mittaus mahdollisesti antaa vääriä positiivisia tuloksia. Muut Biosentryn mittaamat parametrit korreloivat lähinnä keskenään. Kuvista voi päätellä, että sauvamuotoiset parametri mittaa eri ilmiötä verrattuna muihin parametreihin. Tulosten perusteella ei kuitenkaan voida päätellä mikä se ilmiö on. Kuvassa 7 on esitetty SOM -kartan painovektoreista laadittu korrelaatiomatriisi. Biosentry -laitteen sensorien parametrit korreloivat jonkin verran heterotrofisen pesäkelukumäärän ja raudan kanssa. Lisäksi sauvat korreloivat jonkin verran esim. ph: kanssa (kuva 7). 12

13 Kuva 6. Mitattujen muuttujien SOM -kartta. Kuva 7. SOM -kartan painovektoreista laadittu korrelaatiomatriisi. 13

14 3. 2 Porvoon vesilaitos Mikrobiologiset analyysit Porvoossa HPC -pitoisuudet olivat keskimäärin keväällä Porvoon vesilaitokselta lähtevässä vedessä140 pmy/ml ja Myllymäen vesitornilla 530 pmy/ml. Syksyllä vastaavat lukemat olivat 60 pmy/ml ja 400 pmy/ml. Kokonaismikrobilukumäärät olivat vesilaitokselta lähtevässä vedessä solua/ml (kevät) ja solua/ml (syksy). Myllymäen vesitornilla vastaavat luvut olivat pmy/ml (kevät) ja pmy/ml (syksy) Fysikaaliset ja kemialliset analyysit Näytteenottolämpötilat olivat keväällä Porvoon vesilaitoksella 7,1 ºC (6,8 ºC 7,3 ºC) ja Myllymäen vesitornilla 7,0 ºC (5,6 ºC 8,7 ºC) ja syksyllä Porvoon vesilaitoksella 8,4 ºC (8 ºC 8,5 ºC) ja Myllymäen vesitornilla 9,9 ºC (9,2 ºC 10,4 ºC). Rautapitoisuudet olivat keskiarvoiltaan keväällä kummassakin havaintopisteessä 0,03 mg/l ja syksyllä 0,01 mg/l. Sameus oli keväällä keskimäärin vesilaitokselta lähtevässä vedessä 0,38 NTU ja vesitornissa 0,40 NTU. Syksyllä sameus oli kummassakin pisteessä keskimäärin 0,03 NTU. Partikkelilukumäärät olivat keväällä vesilaitoksella kpl/ml ja syksyllä kpl/ml. Vesitornissa arvot olivat keväällä kpl/ml. ja syksyllä kpl/ml. Kevään seurantajakson aikana epätyypillisiä koliformeja (ympäristöperäisiä) havaittiin 1 cfu/1000ml Biosentry laitteen -tulokset Seurantajaksojen aikana Biosentry -laite ei havainnut poikkeavia partikkeliarvoja, eikä näin ottanut yhtään ylimääräistä näytettä Porvoossa. Vain laitteelle asetetut partikkelien lukumäärälle asetettu raja ylittyi. Tässä vaiheessa syyksi epäiltiin laitteessa keskiyöllä tapahtuvaa puhdistusoperaatiota, joten vesinäytettä ei otettu analysoitavaksi. Lisäksi mittausdatassa havaittiin puutteita. Lisäksi laite oli jostain syystä sammunut itsestään (Kuva 8a ja 8b). 14

15 Kuva 8a. Biosentry -laitteen mittaamaa dataa Porvoossa (dataa on modifioitu koska sen havaittiin olevan puutteellinen (muokattiin aika-akselia). Kuva 8b. Biosentry -laitteen mittaamaa dataa Porvoossa (mittausdatassa katko , johtuen laitteen pysähtymisestä). Punaiset nuolet y-akselilla kuvaavat asetettuja raja-arvoja (syksyllä 2000/200/50/10 osumaa/min) Tilastollinen tarkastelu Spearmannin korrelaatiolaskennan avulla tarkasteltuna heterofisten bakteerien lukumäärä pystyttiin selittämään sameuden avulla (R=0,325, p=0,05, N=37), kokonaismikrobilukumääriä pystyttiin selittämään niin lämpötilan (R= -0,576, p<0,01, N=38), sameuden (R=0,597,p<0,01,N=37), partikkeleiden(r=0,348, p<0,05, N=34), raudan (0,439,p<0,01,N=35) kuin myös veden absorbanssin (UV-abs 254 nm, R=0,559, p <0,01, N=38, ja abs 420nm R=0,479, p<0,01, N=38) avulla. Raudan määrää selittäviksi tekijöiksi saatiin lämpötila (R= -0,447, p<0,01, N=35), vapaa kloori (R= -0,506,p<0,05,N=18), sameus (R=0,712, p<0,01, N=34), abs420nm (R=0,555,p<0,05, N=35) ja UVabs 254nm (R= 0,665, p<0,01, N=35) sekä kokonaismikrobilukumäärä (R=0,439,p<0,01,N=35). Porvoossa myös kuparin määrälle löytyi yksi selittävä parametri, joka oli veden absorbantti - abs 420nm (R=0,357, p<0,05, N=37) Soveltava tilastollinen tarkastelu Kuvassa 9. on esitetty mittauksista saadut tulokset SOM -kartan muodossa. Sameus- parametri korreloi Biosentry-laitteen mittaamien parametrien kanssa (siniset alkiot osuvat samalle kohtaa järjestäytyneitä alkioita). Kuvassa 10 on SOM -kartan painovektoreista laadittu korrelaatiomatriisi (mukana lähtevän veden tiedot). 15

16 Kuva 9. SOM -kartan painovektoreista laadittu korrelaatiomatriisi. Kuva 10. SOM -kartan painovektoreista laadittu korrelaatiomatriisi. 16

17 4. Tulosten tarkastelu Biosentry -laitteen mittaustulokset osoittivat Tampereen Kauhakorven mittauspisteessä, että ne merkittävät poikkeamat, jotka laite havaitsi, ja jotka johtivat näytteenottoon laitteen läpivirtaavasta vedestä, johtuivat kahdella kertaa puhtaasti tuntemattomiksi luokiteltujen partikkeleiden korkeasta lukumäärästä ( ja ). Kahdella kertaa näytteenoton aiheutti asetettujen rajojen ylitys sekä tuntemattomissa, että sauvamallisissa partikkeleissa( ja ). Yhdellä kertaa asetettu raja-arvo ylittyi, koska näytevedessä oli korkeita pitoisuuksia sauvoiksi ja itiömallisiksi luokiteltuja partikkeleita ( ). Vain yhdellä mittauskerralla kaikki mikrobeiksi luokitellut partikkelit ylittivät asetetun raja-arvon ( ). Mittausten perusteella näyttää kuitenkin siltä, että kun Biosentry-laite havaitsee suuren määrän partikkeleja, jotka kuuluvat kaikkiin mahdollisiin mikrobiluokkiin, ei syynä välttämättä ole pelkästään mikrobipitoisuuden aiheuttama muutos veden laadussa. Havaittiin myös, että näytteenottorajat ylittyivät edellisten tapausten lisäksiainakin neljä kertaa. Osa ylityksistä tapahtui silloin, kun laite oli jo ottanut näytteen pulloon tai näytteenottoon ei vielä oltu reagoitu (tässä mallissa täysi pullo ei vaihdu automaattisesti uuteen tyhjään pulloon). Lisäksi havaittiin, että laitteen näytteenotto ei ihan aina toiminut. Selkeää syytä eri luokkien ylityksissä yhteydessä näytteenottoon ei havaittu. Kevään näytteenottoja voisi mahdollisesti selittää ensimmäisellä kertaa vesilaitoksen käyttökatkos ja toisella kertaa puhdasvesipumppujen asennus. Syksyn viimeiseen näytteenottoon selittävänä tekijänä on voinut olla vesilaitoksen käyttökatkos. Muihin näytteenottoihin syitä ei löydetty. Muutokset veden laadussa, jotka aiheuttivat Biosentry -laitteen näytteenoton, aiheutuivat todennäköisesti kohonneesta rautapitoisuudesta viidellä kertaa kuudesta. Näihin näytteenottoihin kuitenkin sisältyi aina myös vähintään kymmenkertainen heterotrofisen pesäkelukumäärän kohouma (R2A-pintaviljely). Yhden näytteenottokerran syynä oli mahdollisesti puhdas mikrobiologisen laadun muutos, joka ilmeni lähes kertaisena pesäkeluvun nousuna (R2Apintaviljely) sekä kymmenkertaisena nousuna kokonaismikrobilukumäärässä. 5. Johtopäätökset Tässä tutkimuksessa testattu Biosentry -laite toimi vaihtelevasti; laite ei aina ottanut näytettä, vaikka laitteelle asetetut raja-arvot ylittyivät. Myös mitatussa datassa havaittiin puutteita. Yksi mahdollinen syy näytteen ottamattomuuteen on voinut olla se, että laite oli jo ottanut näytteen, jota ei oltu vielä ehditty hakea pois laitteesta. Laitteen ottamista näytteistä löydettiin aina joko kohonnut epäorgaanisen aineksen pitoisuus (rauta) tai orgaanisen aineksen pitoisuus (heterotrofit, kokonaismikrobilukumäärä). Tulosten perusteella voidaan todeta, että online-mittareiden testaaminen veden likaantumisen havaitsemiseen on tärkeää, jotta saadaan lisätietoa siitä kuinka näytteenottolaitteita ja mittauksia tulisi kehittää. Tärkeää on myös tiedostaa kenen vastuulla on näytteenoton huolehtiminen ja näytteelle tehtävät jatkotoimenpiteet. Poikkeaville vedenlaatutilanteille on aina myös hyvä etsiä selitys, jotta veden laadullisista muutoksista saadaan lisää tietoa. Tutkimus osoitti, että talousvedessä on sen raakavesistä, veden käsittelystä ja jakeluverkostosta aiheutuvat ominaispiirteet, jotka täytyy tunnistaa. Ominaispiirteet määrittelevät sen millaisia johtopäätelmiä vedenlaadun muutoksia indikoivista mittaustuloksista voidaan tehdä. 17

18 Viitteet Geldreich, E.E. (1988) Coliform noncompliance nightmares in water supply distribution systems, in Water Quality: A Realistic Perspective, Univ. Michigan, Gollege of Engineering; Michigan Section, American Water Works Association; Michigan of Engineering; -nichigan Section, American Water Works Association; Michigan Water Pollution Control Association; Michigan Dept. of Public Health, Lansing,MI, Chap.3. Koopman M. (2009) Noroviruses in healthcare settings: a challenging problem, Review Journal of Hospital Infection 73, Miettinen I.T., Zacheus O., von Bonsdorff C.H., Vartiainen T. (2001) Waterborne epidemics in Finland in Water Sci Technol. 43: Percival, S. L., Walker, J.T., Hunter, P.R. (2000) Microbial Aspects of Biofilms and drinking water. CRC Press Boca Raton London New York Washington D.C.Chap.1,7 van den Broeke, J., Edthofer, F. and Weingartner, A. (2011) Clean Data and Reliable Event Detection -Turning Results from Online Sensors into Information. Water Contamination Emergencies: Monitoring, Understanding and Acting. Editor(s): Ulrich Borchers, K Clive Thompson s