Ur SLU:s kunskapsbank

Ny metod för att mäta oönskade kemikalier i dricksvatten

Senast ändrad: 17 juni 2019
Laboratorium. Foto: Agneta Oskarsson, SLU

Varje person i Sverige konsumerar i genomsnitt två liter dricksvatten per dag. Den höga konsumtionen och det livslånga intaget gör att även låga koncentrationer av hälsofarliga ämnen kan påverka människans hälsa över tid. SLU utvecklar nya metoder, så att vattenverken snabbt kan se hur effektiv reningen av hälsofarliga ämnen i dricksvattnet är. Resultaten kan också fungera som stöd i reningsverkens framtida investeringsbeslut.

Johan Lundqvist. Foto: Alf KarlssonVattenverken har under lång tid fokuserat vattenreningen på att minska mikrobiologiska risker. Det handlar till exempel om att minska vattnets innehåll av skadliga bakterier och virus, men också om att få en bra smak, lukt och utseende på vattnet. Dessvärre är många kemiska föroreningar osynliga och saknar både smak och lukt.

– Vi utvecklar metoder som gör att vi snabbt kan upptäcka kemiska föroreningar i det renade dricksvattnet innan det når konsumenterna, säger SLU-forskare Johan Lundqvist, forskare med fokus på giftfri miljö inom SLU.

Använder mänskliga celler

För att kunna utvärdera hälsorisker inom dricksvattenproduktionen använder Johan Lundqvist och hans kollegor mänskliga celler i sina tester. De utvecklar så kallade biologiska testsystem, där cellernas reaktioner på vattnet speglar olika hälsorisker (se fakta).

Utvärderingsmetodiken har använts både för att kontrollera det renade dricksvattnet i Lovö vattenverk, som tillhör Stockholm vatten och avfall, och för att utvärdera nya vattenreningslösningar (se figur). Resultaten har nyligen publicerats i tidskriften Water Research (se länk nedan). Vid Lovö vattenverk finns en pilotanläggning för test av nya reningssteg. Anna Anderson, doktorand vid Linköpings universitet, planerade och genomförde provtagningarna och experimenten vid pilotanläggningen tillsammans med Elin Lavonen, som är processingenjör på Norrvatten. Utvärderingen var ett samarbete mellan SLU, Linköpings universitet, Stockholm vatten och avfall och Norrvatten.

Källa: Johan Lundqvist, SLU

Figur. Forskarna samlade in vatten från olika steg i pilotanläggningen och behandlade vattnet med relativt höga doser av klorbaserade kemikalier, för att förstå vad som händer under vattenreningsprocessen. I normal svensk dricksvattenproduktion tillsätts inte klor i dessa reningssteg. Forskarna såg att varje steg i reningsprocessen tog bort ämnen som kunde bilda hälsofarliga biprodukter då vattnet klorerades. Källa: Johan Lundqvist, SLU

Klorering kan skapa biprodukter

Stockholm vatten och Norrvatten tillsätter små mängder av ämnet kloramin vid den fullskaliga reningen i sina vattenverk. Detta för att hämma bakterietillväxt i ledningsnätet. I andra svenska vattenverk använder man istället klor för att desinficera vattnet och minska risken för spridning av sjukdomsalstrande mikroorganismer.

– Ett problem med klorbaserade kemikalier är att de kan reagera med naturligt förekommande organiskt material och bilda så kallade desinfektionsbiprodukter. Dessa kan vara hälsofarliga och cancerogena för oss människor, säger Anna Anderson.

Nivåerna av desinfektionsbiprodukter i svenska vattenverk ligger i dagsläget långt under de som misstänks kunna orsaka negativa hälsoeffekter hos människan.

Önskvärt: en analysmetod som identifierar giftiga biprodukter

Det finns i dagsläget gränsvärden för cirka 30 olika kemiska ämnen i dricksvatten och dessa övervakas med kemisk analys. I naturen finns dock tiotusentals ämnen som skulle kunna förorena dricksvattnet om de inte tas bort under reningen. Det innefattar både naturliga ämnen och sådana som skapats av människan. Dessutom har forskning visat att det kan bildas mer än 700 olika desinfektionsbiprodukter vid dricksvattenproduktion. En del av dessa ämnen är hälsofarliga och cancerogena, men exakt vilka och om det finns kombinationseffekter, är i dagsläget inte känt. Att rutinmässigt analysera så många ämnen med kemisk analys är både tidskrävande, dyrt och svårt. Därför är biologiska testsystem ett bra komplement till de kemiska analyserna.

– Med biologiska testsystem kan vi bedöma de kombinerade effekterna av alla desinfektionsbiprodukter som finns i provet och övriga kemiska ämnen som inte har renats bort under dricksvattenberedningen. Vi kan inte se vilka enskilda ämnen som är giftiga, men vi kan se om det finns en toxisk effekt i provet, det vill säga se om det finns något giftigt i provet som påverkar en levande organism, säger Johan Lundqvist.

Många svenska dricksvattenverk står inför att investera i och utveckla nya reningstekniker. Testerna vid pilotanläggningen visar hur de ämnen som kan bilda hälsofarliga biprodukter vid klorering minskas efter varje reningssteg.

Minskad risk för desinfektionsbiprodukter efter varje reningssteg

Forskarna tog vattenprover både från Lovö vattenverk och från pilotanläggningens mer omfattande tekniska reningssteg (fakta). Proverna behandlades (se fakta) och tillsattes sedan cellodlingarna. Att klorera vatten från olika steg i reningsprocessen med höga doser av klor var ett sätt för forskarna att förstå vad som händer under reningsprocessen. I normal svensk dricksvattenproduktion tillsätts inte klor efter alla reningssteg, utan endast i det färdigbehandlade vattnet.

– Om det finns giftiga ämnen i vattnet avger cellodlingen en ljussignal som vi kan mäta. När obehandlat råvatten klorerades såg vi kraftiga signaler på DNA-skador och oxidativ stress från våra cellodlingar. Vi kunde sedan visa att DNA-skadorna och den oxidativa stressen hos cellerna minskade efter varje reningssteg i pilotanläggningen, vilket betyder att reningsstegen fungerar bra och minskar det naturliga organiska materialet, som kan reagera med klor och bilda potentiellt hälsofarliga biprodukter, säger Johan Lundqvist.

Klimatanpassning kan kräva ökade investeringar

En stor fördel med resultatet som Johan Lundqvist lyfter fram är att resultaten kan fungera som ett stöd i vattenverkens framtida investeringsbeslut.

– Resultaten visar på vilka tekniska lösningar som kan behöva göras i framtidens reningsverk. Även internationellt sett är resultaten intressanta eftersom klorering av vatten ofta är vanligare utomlands än i Sverige och dessutom används i många fall högre doser av klor, säger Johan Lundqvist.

Klimatförändringen kan orsaka ökade halter eller variationer i halter av naturligt organiskt material, vilket kan leda till att mer desinfektionsbiprodukter kan bildas om det organiska materialet inte tas bort under reningen.

Dricksvattendirektiv på gång

I dag finns det inga krav på att genomföra biologiska tester på dricksvatten i Sverige. Ett sådant krav kan dock komma att bli aktuellt i det dricksvattendirektiv man håller på att ta fram inom EU.

– Jag tror att det på sikt kan komma krav på att man måste göra biologiska analyser på sitt dricksvatten. Just den här analystekniken gör det möjligt att få en helhetsbild av alla hälsofarliga ämnen i ett vattenprov, både kända och okända ämnen, säger Johan Lundqvist.

– Som dricksvattenproducent har vi ett ansvar att dricksvattnet ska vara rent och hälsosamt och inte innehålla ämnen i halter som kan utgöra en fara för människors hälsa. Då endast ett fåtal enskilda ämnen är reglerade i dricksvattenföreskrifterna kan denna typ av effektbaserade tester tillföra mycket värdefull information, säger Elin Lavonen.

Fakta:

Biologiska testsystem – celler varnar om gifter

De biologiska testsystemen: Forskarna odlade genetiskt modifierade människoceller i laboratoriet. Cellmodifieringen gjordes så att celler som utsattes för hälsofarliga kemikalier utsöndrade ett protein, som finns naturligt i eldflugor. Detta protein kan fås att avge en ljussignal. Celler som inte exponerats för hälsofarliga kemikalier utsöndrade inte detta protein.

Provtagningen: Forskarna tog vattenprover från Lovö vattenverk och från pilotanläggningens mer omfattande tekniska reningsprocesser. Till dessa prover tillsattes olika doser av kloramin och klor för att undersöka vilka desinfektionsbiprodukter som kan bildas, och hur de olika reningsstegen bidrog till att minska biproduktsbildningen. Därefter koncentrerades vattenproverna med s.k. fastfasextraktion och tillsattes därefter cellodlingarna.

Mätningen: Cellodlingen signalerade för två specifika toxicitetsmekanismer:

a) Oxidativ stress, som kan orsaka flera typer av skador på cellerna, bland annat på DNA.

b) Mikrokärntest, som visar en viss typ av DNA-skador.

Läs mer i den vetenskapliga artikeln Innovative drinking water treatment techniques reduce the disinfection-induced oxidative stress and genotoxic activity (open access)

Kort om Lovö vattenverk

Utvärderingen gjordes vid Lovö vattenverk som drivs av Stockholm vatten och avfall. Där renas vatten från Östra Mälaren till dricksvatten. Vattenverket använder konventionell kemisk fällning med aluminiumsulfat följt av sedimentering och filtrering genom sandfilter. Denna process avskiljer bl.a. naturligt organiskt material och oorganiska partiklar (grumlighet) samt utgör en barriär mot virus, bakterier och parasiter. Därefter renas vattnet genom långsamsandfilter. Efterbehandlingen inkluderar desinfektion med UV-ljus, pH-justering, samt tillsats av kloramin för att förhindra tillväxt av bakterier i ledningsnätet.

I pilotanläggningen har man undersökt reningseffekterna av suspenderat jonbyte (SIX) följt av filtrering genom ett keramiskt mikrofiltermembran där ozon eller fällningskemikalie doserats innan membranet. Vattnet har därefter matats till ett filter med granulerat aktivt kol. Syften med processkombinationen är ökad borttagning av naturligt organiskt material, ökad barriärhöjd mot mikrobiologiska föroreningar samt minskad kemikalieanvändning och slamproduktion.


Kontaktinformation

Johan Lundqvist, forskare
Institutionen för biomedicin och veterinär folkhälsovetenskap, SLU
johan.lundqvist@slu.se
018-67 11 97

Sidansvarig: ulla.ahlgren@slu.se