Veden mikrobiologisen laadun hallinta vesilaitoksilla Ilkka Miettinen 1
Vesiturvallisuus Raakavesien saastumisen estäminen Raakavesien suojelu likaantumisen estäminen Veden riittävän tehokas käsittely RV:n laadun huomioon ottaminen veden käsittelyssä Desinfiointi Likaantumisen estäminen verkostossa Veden vanheneminen Vuotojen ja haverien estäminen Verkoston ikääntyminen 24.4.2013
Vesiturvallisuuden hallinta - pintavesilaitokset Pintavedet eivät ole sellaisenaan juomakelpoisia vedenpuhdistus aina tarpeen desinfiointi aina käytössä laitoksen suuri koko tehokas veden laadun seuranta 24.4.2013 3
Vesiturvallisuus - tekopohja- ja pohjavesilaitokset Puhdistus tapahtuu maaperässä Useimmat pieniä vedenottamoita Useimmiten veden mikrobiologinen laatu hyvä ei Desinfiointia Pohjaveden likaantuminen epäpuhtaudet juomaveteen
Laitosten koko: mikrobiologinen laatu/ vesiepidemiat Epidemioiden lukumäärä Kunnall. Pintavesilaitos Kunnal. Pohjavesilaitos Yksit pohja Yksitt.pinta 5 1 25 20 25 15 10 5 38 0 alle 10 10-50 50-100 100-500 500-1000 1000-5000 yli 5000 Altistuneiden ihmisten lukumäärä/epidemia 5
Veden desinfiointi Klooraus Tehokas bakteereille (ei itiöille), mutta viruksille ja alkueläimille vähemmän tehokas Normaali klooraus: alle 0.5 mg Cl 2 /l Vesiepidemiat: 1-2 mg Cl 2 /l, Tehoklooraus: 10 mg Cl 2 /l Helppo ja halpa desinfiointitapa Ensi vaiheen desinfiointi keittokehotuksen lisäksi Verkostojen mikrobikasvun hillintä UV-desinfiointi Varsin tehokas bakteereille, viruksille ja alkueläimille UV-annos: 40mWs/cm2 = 400 Ws (J)/m2 Usein käyttöön kun krooninen ongelma (ei halua jatkaa kloorausta) Ei verkostovaikutusta Otsonointi (O 3 ) Erittäin tehokas virusten, bakteerien ja alkueläinten tuhoutuminen Vaativa tekniikka 6
CFU/ml Mikrobien ravinteet- orgaaninen hiili Orgaaninen aine toimii heterotrofisten mikrobien hiilen ja energian lähteenä Vain osa orgaanisesta aineesta mikrobien käytettävissä assimiloituva orgaaninen hiili (AOC) Suomessa fosfori usein mikrobien kasvua rajoittava tekijä mikrobeille käyttökelpoinen fosfori (MAP) 4,00E+05 3,00E+05 Bl +P +N, P, e.c. 2,00E+05 1,00E+05 0,00E+00 1 2 5 7 9 12 14 days
Polaris pintavesilaitos: sameus, UV 254nm abs ja TOC 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 Sameus UV-abs TOC 2,00 1,00 0,00 RV Flotaatio GAC UV Klooraus Kemiallinen saostus: TOC, UVabs, sameus: alenema 50-80% Aktiivihiilisuodatus: TOC, UVabs, sameus: alenema 0-90% Otsonointi: TOC, UVabs, Sameus: alenema 0-30% 8
ug MAP/l ug acetate eq. C/l Vedenkäsittelyn vaikutus mikrobiravinteisiin Kemiallinen saotus: AOC vähenee (20-80%) Kloori ja otsoni pilkkovat orgaanista ainetta vapauttaen AOC:ta Kemiallinen saostus alentaa fosforin /MAP pitoisuutta (>80%) Otsonointi ja klooraus pilkkovat orgaanista ainetta vapauttaen MAP:ia 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 DW DW+Cl2 DW+O3 0 mg/l 0.15 mg/l 0.3 mg/l Kloorin pitoisuus Aineisto: Talousveden ravinteet-projekti 1997-1998, KTL
Polaris: Mikrobiravinteet AOC ja MAP 300 250 200 150 AOC MAP 100 50 0 RV Flotaatio GAC UV Klooraus Saostus vähentää mikrobien ravinteita AOC: saostus + GAC 35%. MAP: saostus + GAC MAP alle määritysrajan Saostuksen metallijäämien aiheuttama inhibitio? Klooraus pilkkoo orgaanista ainetta vapauttaen AOC:ta (MAP) 10
Polaris: Pesäkeluku ja mikrobien kokonaisluku 10000000 Pesäkeluku (HPC) ja mikrobien kokonaisluku (DAPI) 1000000 100000 10000 1000 HPC DAPI 100 10 1 RV Flotaatio GAC UV Klooraus Saostus poisti 97%- 99% bakteereista (HPC/DAPI) HPC kohoaa (43%) aktiivihiilisuodatuksessa Desinfiointi alentaa pesäkelukua (80%-96%), muttei välttämättä mikrobien kokonaislukua (UV: 0% ja Cl2: 40%) 11
Taudinaiheuttajien poistuminen pintavesistä Polaris - pintavesilaitokset: Raakavesissä vaihtelevia määriä suolistoperäisiä bakteereita sekä taudinaiheuttajabakteereita ja viruksia Saostus toimi (liki) kaikissa olosuhteissa hyvin mikrobien lukumäärä aleni voimakkaasti Vain yksittäisiä koliformisia tai klostridi-bakteereita havaittavissa saostuksen jälkeen vedessä Desinfioinnin tehtäväksi jää enimmäkseen verkostovedessä tapahtuvan mikrobikasvun hallinta
Log-reduktio Log-reduktio Pintavesilaitoksen toiminta poikkeustilanteessa saostus ja hiekkasuodatus POLARIS/PILOT/FLOTAATIO POLARIS/PILOT/HIEKKASUODATUS 6 5 Klostridi-itiöt(C. bifermentas) E. coli Koliformiset bakteerit Bakteriofaagi MS2 6 5 Klostridi-itiöt(C. bifermentas) E. coli Koliformiset bakteerit Bakteriofaagi MS2 4 4 3 3 2 2 1 1 0 - vko10 Normaaliajo - vko 11 Norm + humus (ei ymppiä) - vko 11 Virhe ph + humus - vko12 Pacs + humus 0-1 - vko10 Normaaliajo - vko 11 Virhe ph + humus - vko12 Pacs + humus Testiajot Testiajot Mikrobien poistuivat hyvin vedenkäsittelyn aikaa. Klostridi-bakteerit vaikeinta poistaa vedestä Saostus on anteeksiantava : suurikaan humuskuorma tai virheellinen ph ei välttämättä heikennä mikrobien poistamista Saostus tärkein tekijä pintavesilaitosten mikrobiologisessa turvallisuudessa vähän vesiepidemioita pintavesilaitoksilla 24.4.2013 13
Saostus ja ph: orgaaninen aine ja mikrobit AOC Pilot-kokeet: ph:n vaikutus saostukseen Suuretkaan ph:n muutokset eivät välttämättä heikennä saostuksen tehoa poistaa mikrobeja E.coli 24.4.2013 14
Polaris: mikrobien poistuminen tekopohjavedestä Mikrobiluvun vähenemä imeytymisen edistyessä Vähän patogeenisia mikrobeja raakavesissä Haitallisten mikrobien nopea poistuminen imeytymisen aikana Yksittäiset koliformisia bakteereita havaintoputkissa/kaivoissa 15
Rankkasateet Tulvat Vedenottamo rantapenkassa Lumien sulaminen Huuhtoutumat pintavalunta pohjavesien likaantuminen
Rankkasade Mikkelissä 19.7.2011 Sademäärät: Mikkelin kohteessa olevan mittarin sademäärä: 42,4 mm tästä 37,8 mm tunnissa, Rantakylä Pursiala Tutkakuva 19.7. klo 22 Rankkasade-episodin lopputulos: muutama koliforminen bakteerit/kohonneet pesäkeluvut havaintoputkissa. Ei mikrobeja juomavedessä 24.4.2013 17
Yhteenveto Pintavesilaitokset Raakavesissä alati mikrobiologisia uhkia Nykytekniikka pystyy poistamaan raakavesien epäpuhtauksia Saostus poistaa orgaanisen/epäorgaanisen aineksen lisäksi hyvin myös mikrobeja Desinfiointi lisäturvana Pohjavesilaitokset Pohjavesien laatu yleensä hyvä, toisaalta tekopohjavesien raakavesissä samat uhat kuin pintavesilaitoksilla Maaperä kykenee poistamaan suurimman osan mikrobeista Riskinarviointi tärkeää pohjavesilaitoksilla Mitkä tekijät uhkaavat pohjavesiä? Oikea sijainti Mikä on riittävä imeytymismatka? Desinfioinnin tarpeellisuus 24.4.2013 18