Rev2017-04-23
HandledandeexempeltillQMRA-verktyget
1. Inledning
Somettstödföranvändarenvidgenomförandeavmikrobiologiskriskanalysmed
QMRA-verktygetgesidetföljandeettantalexempel.Exemplenutgårfrånsamma
fiktivaytvattenverk,Grönköpingsvattenverk,somåterfinnsiexempelkapitleti
”IntroduktiontillMikrobiologiskBarriärAnalys,MBA”(SVU-publikationP112).
NormalförhållandenaförGrönköpingsvattenverkärdesammasomiP112,menmed
depatogenhalteriråvattnetsomangesi”MRA–Ettmodellverktygförsvenska
vattenverk”(SVU-rapportnr2009-05).Detskaunderstrykasattdessapatogenhalter
inteärattbetraktassomstandardvärden,ochattvarjeråvattenharsinaegna
patogenhalterberoendepåspridningskälloruppströms.Såvälpatogenhaltersom
reduktionöverolikaberedningsstegbörväljassåöverensstämmandesommöjligt
meddetvattenverksomärföremålförenQMRA.Förandraexempelpå
patogenhalterisvenskaytråvattenhänvisastill”HandbokDricksvattenrisker.
Mikrobiologiskariskeriytråvatten”frånLivsmedelsverket(2016).
2. Grönköpingsvattenverk
Vattenproduktion
Grönköpingsvattenverkärdimensioneratförattkunnaproducera30000m3
vatten/dygn,vilketmotsvarar100000personer.Idagdistribuerasvattentill48000
personerfrånvattenverket,vilketmotsvararca14000m3vatten/dygn.
Beredningsprocess
RåvattentillGrönköpingsvattenverktasfrånÄlven,uppströmsstaden.
Beredningsprocessenäruppbyggdenligt:
RåvattenàSilstationàKemiskfällningàSedimenteringàSnabbfiltreringà
LångsamfiltreringàDesinfektion(Natriumhypoklorit)àLågreservoarà
Distribution
Beredningsprocessenbörjarmedensilstationmedroterandesilar.Pådentill
vattenverketinkommanderåvattenledningendoserassedankalkochkoldioxidföratt
höjavattnetshårdhetochalkalinitet.Därefterdoserasfällningskemikalietillvattnet
innandetfördelasöversexstyckenflockningsbassänger.Uppbyggdaflockaravskiljs
medsedimentering.Vattnetpasserarsedansexstyckensnabbfilter(belastning3,3
m/hviddagensmedelflöden).DärefterpH-justerasvattnetmednatriumhydroxidtill
pH8,2innandetgårtillfyrastyckenlångsamfilter.Förattsäkerställagod
flockningskvalitetmätspHon-lineibörjanavflockningenochhållskonstantmed
hjälpavjusteringavkalkvattendosen.Dosenfällningskemikaliestyrsavråvattnets
turbiditet.Förutomiråvattnet,mätsturbiditetenpådetsammanslagna
snabbfiltreradevattnet,samtpåutgåendedricksvatten.Somkomplementtill
turbiditetsmätningarnakontrollerasfällningseffektivitetentregångeriveckangenom
Rev2017-04-23
mätningavfärgtalochUV-absorbansisammapunktersomturbiditeten,justeringar
görsvidbehov.
Turbiditeteneftersnabbfiltreringenär<0,1FNUsommedel,flerän10%avproverna
är>0,1FNU.Råvattenpumparnastopparautomatisktvidströmsvikteftersomdet
intefinnsreservkraft.Vattenverketärdockbyggtmedsjälvfallgenom
beredningsprocessenochvidströmsviktfortsättervattnetattrinnagenomverkettill
dessatthandmanövreradeventilerstängsförattt.ex.undvikatorrläggningav
snabbfilterochlångsamfilter.
Klordosenär0,5mgCl2/l.Haltentotaltklormätson-linepåutgåendedricksvatten
efterreservoaren.Felaktighaltinnebärlarmmedmanuellåtgärd.Reservoarensnivå
varieradeundervecka8,2011mellan3,7–4,1m.Vid4,1märreservoarenfulloch
volymenärdå2000m3.Dockerhållslägstuppehållstidviddenlägstanivånvilket
motsvararenvolympå1800m3.Reservoarenärrektangulär,d.v.s.denharetthögt
längd/bredd-förhållandeochdenärförseddmedettflertalskärmväggar.Den
hydrauliskafaktornt10/Tärbedömdtill0,6.
Råvattenkvalitet
VattenvårdsförbundetutförkontinuerligmätningiÄlven,intelångtfrånråvattenintagettillGrönköpingvattenverk.Turbiditet,konduktivitetochpHmätson-line.Vid
onormalavärdeniÄlvenkontaktarVattenvårdsförbundetpersonalvidGrönköping
vattenverk.
VidGrönköpingvattenverkharendastEscherichiacoli(EC)analyserats
återkommande(1gång/vecka)desenastetreåren.MedelvärdetförECliggerpå16
cfu/100ml.Avde168analyseradeprovernaunderprovtagningsperiodenvar62st
≥10,dettamotsvarardrygt1/3avproverna.
Dåpatogenerinteanalyseratsanvändsdestandardvärdensomangesi”MRA–Ett
modellverktygförsvenskavattenverk”(SVU-rapportnr2009-05),enligttabell1
nedan:
Tabell1.Förekomstavpatogeneriytvatten.(SVU-rapportnr2009-05).
Patogen
Campylobacter
Salmonella
E.coliO157
Rotavirus
Norovirus
Adenovirus
Cryptosporidium
Giardia
Dricksvattenkvalitet
Halt(antal/liter)
1
1
0,1
Lognormal(mean=1,stddev=3)
1
1
Lognormal(mean=0,4,stddev=2,1)
0,5
Rev2017-04-23
IdricksvattenprovernaanalyserasCODochmedelvärdetförperiodenoktober2008
t.o.m.februari2011var1,6mg/l.UtifråndettavärdehardetförGrönköping
uppskattatsattTOC-haltenvarit1,5mg/lundersammaperiod.Sambandetmellan
CODochTOCvarierarmellanolikavattenochbörsäkerställasmedhjälpavanalyser
sominkluderarflödes-ochårstidsvariationer.
DricksvattnetspHär8,2ochtemperaturenkanperiodvisvaranerei0,5°C.
3. Exempel
3.1 Exempel1–Normaldrift
Idettaexempelmodellerasnormaldriftavvattenverketochnormalråvattenkvalitet
underhelaåret.
Observeraattalladecimalavgränsningarskaangesmedpunkt(.).
3.1.1 Karaktäriseringavråvatten
GåinpådenförstaflikeniQMRA,SourceWaterCharacterisation,ochfylli
patogenhalterienlighetmedtabell1,sefigur1.
Figur1.Karaktäriseringavråvatten.
Rev2017-04-23
3.1.2 Beskrivningavberedningsprocessen
Idettastegskavattenverketsberedningsstegochhurväldessafungerarbeskrivas.
Konventionellrening
GåinpåflikenConventionalTreatmentPerformance.
Välj”YES”påfråganomkonventionellreningskaingåiberedningsprocessen.Dåvi
härskasimuleranormaldriftanvänderviverktygetsförinlagdastandardvärden
(default)förlog-reduktion,sefigur2.
Figur2.Konventionellkemfällning
IQMRAkanmanväljatrefällningslinjermedanGrönköpingsvattenverkharsex
fällningslinjer.Vibörjarmedattangeflödesfördelningentillrespektivelinje.Eftersom
detintegårattexaktdelauppflödetpåtrelinjer(flödetperlinjeblir0,3333…..),så
väljerviattangeandelenavflödettilllinje1som0,333ochtilllinje2som0,333.
Summanavflödesfördelningenmåstebli1.GenomattklickapåCalcerhållsandelen
avflödettilllinje3,idethärfallet0,334.
Figur3.Reliabilitysimulation
Föratthanterasexlinjeriställetför,somiQMRA,trelinjerangerviförvarjelinjeatt
detfinnstvåsnabbsandfilter(3linjer*2snabbsandfilter=6snabbsandfiltertotalt),se
figur3.Dådettaexempelavsernormaldriftavvattenverketväljsanalystypen(Typeof
reliabilityanalysis)”Random”.Under”RandomFailureAnalysis”fördenkemiska
Rev2017-04-23
fällningen(Coagulation)respektivesnabbsandfiltren(Filtration)väljsatt
defaultvärdenskaanvändasförhurväldessaberedningsstegfungerar(Usedefault
valueofcoagulationfailure/filterfailure),sefigur3.Default-inställningenförfällning
ochsnabbfiltreringärattdeantashabristandefunktionunder1%avtiden,dvs
sannolikhetenförfiltergenombrottantasvara0,01.
ObserveraattrutortillhörandeScenarioAnalysisinteanvändsidethärexemplet,det
spelarsåledesingenrollvadsomstårdär.
Figur3.Valavsimuleringsmetodochbeskrivningavdenkonventionellareningen.
Långsamfiltrering
GåinpåflikenSlowSandFiltration/BiologicalFiltration.
Välj”YES”påfråganomlångsamfiltreringskaingåiberedningsprocessen.Dåvihär
skasimuleranormaldriftanvänderviverktygetsförinlagdadefaultvärdenaförlogreduktion,sefigur4.
Figur4.Långsamfilter
Rev2017-04-23
Grönköpingsvattenverkharfyralångsamfilter.Dådettaexempelavsernormaldriftav
vattenverketväljsanalystypen(Typeofreliabilityanalysis)”Random”.Under
”RandomFailureAnalysis”väljsattdefaultvärdenskaanvändasförhurväldetta
beredningsstegfungerar(UsedefaultvalueofSlowSandFiltrationbreakthrough),se
figur5.Default-inställningenförlångsamfilterärattdealltidfungerarsomdeska,dvs
sannolikhetenförfiltergenombrottantasvaranoll(0%).
AttdetstårsiffrorunderScenarioAnalysisochEnterprobabilityofSSFbreakthrough
spelaridethärlägetingenroll.Verktygetkommerintetahänsyntilldessai
beräkningarna(förattdessaskakommamediberäkningarnamåsteScenario
respektiveEnterprobabilityofSlowSandFilterbreakthroughväljas).
Figur5.Scenarioanalys
Desinfektionmednatriumhypoklorit
GåinpåflikenFreeChlorineDisinfektion.
VidGrönköpingsvattenverkgällerföljandeindataavseendekloreringssteget:
Dosnatriumhypoklorit
0,5mgCl2/l
TOC-haltiutgåendedricksvatten
1,5mg/l
Dricksvattenproduktion,max 30000m3/dygn
20,83m3/min
Reservoarvolym,max
2000m3
Reservoarvolym,min
1800m3
Hydrauliskfaktorlågreservoar 0,6
Välj”YES”påfråganomdesinfektionmedklorskaingåiberedningsprocessen.Välj
attbestämmainitialhaltavfrittklorochnedbrytningshastighetempiriskt(Empirically
determineinitialresidualanddacayrate)ochmatainvärdenförklordos(0.5)och
TOC-halt(1.5).Sefigur6.
Rev2017-04-23
Figur6.Desinfektionmedklor
Väljattutgåendehaltfrittklorskabestämmasutifrånnedbrytningshastighetoch
uppehållstid(Frominitialresidual,decayrateandtime),sefigur7.
Beräknamedeluppehållstidenilågreservoarenenligt:
(𝑅𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑎𝑟𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚, 𝑚𝑖𝑛)(𝑚3)
(1800)(𝑚3)
=
= 86,4𝑚𝑖𝑛
𝑚3
𝑚3
(𝐷𝑟𝑖𝑐𝑘𝑠𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛, max)(
)
(20,83)(
)
𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛
Mataindettavärde(86.4)irutanförMeanresidencetimeincontactortank
(minutes),sefigur7.
Figur7.Desinfektionmedklor
Lågreservoarensutformningbestämmerhurvälvattnetomblandasochdärigenom
ävenvilkenkontakttidsomvarje”vattenpaket”harförreaktionenmedkloret.Föratt
bestämmadesinfektionseffektenmåstedärförhänsyntastillutformningenav
lågreservoaren.IGrönköpingsvattenverkärlågreservoarenrektangulär,d.v.s.den
haretthögtlängd/bredd-förhållandeochdenärförseddmedettflertalskärmväggar.
Denhydrauliskafaktornt10/Tärbedömdtill0,6.
IQMRAanvändsintehydrauliskfaktorförattbeskrivakontakttiden,iställetbeskrivs
dennaavdetantalCSTR(CompletelyStirredTankReactors,ellerpåsvenskaAntalet
totalomblandadetankar)somlågreservoarenmotsvarar,setabell2.Motsvarande
tabellförbestämningavhydrauliskfaktorfinnsiMBA-rapporten(Tabell4.1),se
tabell3.
Rev2017-04-23
Tabell2.BestämningavantaletCSTR.
Blandningsförhållanden
(pluggflödePFivardera
kammaren)
IngetPF
DåligtPF
MedelPF
GanskabraPF
MycketbraPF
PerfektPF
Beskrivningavvarderakammareni
kontakttanken
Ingaskärmar,upprördtank,högain-ochuthastigheter,lågtlängd/bredd-förhållandei
tanken(<1)
Ingaskärmarinutitanken,enklain-och
utloppitanken,längd/bredd-förhållandei
tanken>1
Skärmadein-ochutlopp,vissaskärmarinuti
tankenocheventuelltflerainloppochutlopp,
längd/bredd-förhållandeitanken>4
Skärmatinlopp,serpentin-skärmarinuti
tankenförattökalängd/bredd-förhållande
till>6
Skärmatinlopp,serpentin-ellerperforerade
plåtskärmarinutitanken.Högtlängd/breddförhållande(>10)
Myckethögtlängd/bredd-förhållande(>20).
Rörströmning.
AntalCSTRberoendepåantalet
kammareiserie
1
2
3
1
2
3
2
4
6
3
6
9
5
10
15
7
14
21
10
20
30
Tabell3.Tabell4.1frånMBA-rapporten.
Somsesavtabell3motsvararenhydrauliskfaktorpå0,6engradavpluggflöde
mellanMedelochGanskabra.FörattöversättadettatillCSTRgårviinitabell2.
Seriefaktornär1idethärexemplet(lågreservoarenutgörsaventank)ochviserdåi
tabell2attantaletCSTRförMedeluppgårtill3stochförGanskabratill5st.Viväljer
värdetmellandessa,d.v.s.4stCSTR.
VäljattdefinieraantaletCSTRmanuellt(DefineCSTRsmanually)ochmatainvärdet
4,sefigur8.
Rev2017-04-23
Figur8.BestämningavCSTR
FörGrönköpingsvattenverkärdricksvattnetspH8,2ochtemperaturenkanperiodvis
varanerei0,5°C.pH8,2finnsintemedsomval,utanvimåsteväljamellanpH8eller
8,5.EftersomdesinfektionenfungerarsämrevidhögrepHväljervipH8,5förattvara
pådensäkrasidan.MatainpH8,5ochtemperatur0,5°Cenligtfigur9.
Figur9.AngepHochtemperatur
IQMRAfinnsmöjlighetattjusterabedömningenavolikapatogenerskänslighetmot
klor.Dettakangörasgenomattangeensäkerhetsfaktorsomtarhänsyntillatt
patogenernakanavskärmasfrånkloretp.g.a.exempelvispartiklarivattnet,och
genomattbestämmahuruvidadendesinficerandeeffektenskaberäknasgenom
extrapolering.Informationkringvaddessajusteringarinnebärfinnsattläsapåden
informationssidaiverktygetsomnåsgenomattklickapådenrödaknappen
Pathogensensitivitytochlorine,sefigur10.
Somgrundinställningrekommenderasattsäkerhetsfaktornsättstill3ochatt
extrapoleringinteskaanvändas,sefigur10.
Figur10.Säkerhetsfaktorochextrapolering
Slutligenkanlogreduktionensomerhållsikloreringsstegetberäknas,genomatt
klickapåCalc.
Figur11.Beräkningavlog10-reduktion
Log10reductionbyChlorine–Visarresultatetiformavsannolikhetsfördelningar.
OverallAverageLog10reduction–Visarresultatetiformavmedianvärde.
Rev2017-04-23
3.1.3 Exponering
Medexponeringmenashurmycketdricksvattensomkonsumerasienpopulation,
medhänsyntagentillkonsumtionsmönsteroch-volym.Iverktygetfinnsförinställt
konsumtionsmönsterfrånenstudieiSverige.Idettaexempelanvändsförinställt
konsumtionsmönsterförSverige,d.v.s.dennafliklämnasutanjustering.
Figur12.Angedrickvattenkonsumtionen
3.1.4 Riskkaraktärisering
Nuharsamtligainmatningssteggåttsigenomochdetärdagsatttaframresultaten
avanalysen.Resultatetredovisasiverktygetsomlog-reduktion(avskiljning)för
respektiveberedningssteg,sannolikhetförinfektion(dagligochårligrisk)samtsom
DALYs(DisabilityAdjustedLifeYears).KlickapåCalcförattfåframrespektive
resultat.Sefigur13.
Figur13.Beräkningavinfektionsrisker
3.1.4.1 Log-avskiljningförrespektiveberedningssteg
Logavskiljningenpresenterasförrespektivepatogenideolikaberedningsstegen.På
x-axelnangeslogavskiljningenpåformen(tal)e-000.Mede-000avses10-0vilketär
detsammasom1,vilketgerattexempelvis2.0e*^-000utläsessom2,0logs
avskiljning.Påsammasättbetyderexempelvise-002detsammasom10-2vilketärlika
med0,01.
Rev2017-04-23
Figur14.Log-avskiljningförrespektiveberedningssteg
3.1.4.2 Sannolikhetförinfektion(årlig)
Sannolikhetenförattkonsumenterskabliinfekteradeavdetproducerade
dricksvattnetpåårsbasisredovisasiformavPinf(Probabilityofinfection)annual.
Vadsomärenacceptabelriskförvattenburensmittaärsvårtattuppskattaoch
kvantifiera.Isvensklagstiftningfinnsingenacceptabelriskdefinierad.Amerikanska
naturvårdsverket(USEPA)hardockföreslagitennivåpåmindreän1/10000
infekteradepersonerperårsomacceptabelrisk.Dennanivåanvändsocksåi
Nederländernaochanvändsoftasomutgångspunktfördiskussionerkringacceptabel
riskäveniSverige.
Viserifigur15attingenenskildpatogenkommeruppidenacceptablarisknivån
1/10000(1*10-4,1e-004).Egentligenavserdenacceptablariskensummanavalla
patogener.
ResultatenifigurenredovisasbådesomHighinfectivityochsomLowinfectivity,med
olikahöjdpåstaplarnaförCampylobacterochförCryptosporidium.Dettaberorpå,
attfördessatvåpatogenerfinnstvåolikados-responsfunktionersomQMRAverktygeträknarmed.FörCampylobactergenomfördesförstenstudiepåmänniskor
somexponeradesförtämligenhögadoser,därresultatetbeskrevssomendosresponsfunktion(lowinfectivity).Senaregjordesennystudie,däräventvåsmå
utbrottfannsmedidataunderlaget,vilketpekadepåenhögreinfektivitetför
Campylobacterochdärmedresulteradeienannandos-responsfunktion(high
infectivity).PåsammasättfinnsdetförCryptosporidiumtvåolikadosresponsfunktioner,ensomutgårfrånenstudiepåmänniskorexponeradeför
Cryposporidiumparvum(lowerinfectivity)ochensenarestudiesomtogibeaktande
skillnadenivariabilitetmellanolikaisolatavCryptosporidium(higherinfectivity).
Rev2017-04-23
Skillnadenistaplarnaförlowerochhigherinfectivityifigurengerenfingervisningom
osäkerhetenkoppladtillvaletavdos-responsfunktion.
Figur15.Sannolikhetförinfektion(årlig)
Rev2017-04-23
3.1.4.3 Sannolikhetförinfektion(daglig)
Sannolikhetenförattkonsumenterskabliinfekteradeavdetproducerade
dricksvattnetpådagligbasisredovisasiformavPinf(Probabilityofinfection).
Räknarmanomdenårligaacceptablarisknivån1/10000tillacceptabeldagligriskblir
dennaca2,7*10-7(1/10000/365).DennasiffrakansedanjämförasmeddePinfsom
beräknatsförrespektivepatogen.
Viserifigur16attingenenskildpatogenkommeruppidenacceptabladagliga
risknivån2,7*10-7.Egentligenavserdenacceptablariskensummanavallapatogener.
Figur16.Sannolikhetförinfektion(daglig)
Rev2017-04-23
3.1.4.4 DisabilityAdjustedLifeYears(DALYs)
DALYs(DisabilityAdjustedLifeYears)ärettsättattuttryckarisksomtarhänsyntill
hurallvarligtskadamanliderochgörattiövrigtheltobesläktaderiskenkanjämföras
(t.ex.riskenförattbliinfekteradavenvattenburensmittakontrariskeritrafiken).
FörDALYsharWHOsattdenacceptablariskenförvattenrelateradsjukdomtill1*10-6
DALY,d.v.s.1µDALY.
Figur17.DALYs
