Arviointi pohjavesilaitoksen mikrobiologisista riskeistä

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään arviointi. Sivutunniste: Op_fi1746
Moderaattori:Päivi Meriläinen (katso kaikki) Sivun edistymistä ei ole arvioitu. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa

Päivi Meriläinen: Arviointi pohjavesilaitoksen mikrobiologisista riskeistä. Opasnet 2010. Viitattu 25.04.2024.

Arviointi pohjavesilaitoksen mikrobiologisista riskeistä käsittelee pohjavedenottamon mahdollisia mikrobiologisia riskejä. Mikrobiologisten riskien taustana on raakaveden kontaminoituminen mikrobeilla, joista aiheutuu mahdollista terveyshaittaa vesijohtovettä käyttäville ihmisille. Arvioinnilla määritetään, minkä suuruinen mahdollinen terveysriski on tietyillä mikrobeilla ja annoksella. Arviointi perustuu matemaattiselle riskimallille, joka löytyy täältä

Rajaus

Kysymys

Mitkä ovat likaantuneen pohjaveden terveydelliset vaikutukset?

Rajat

Kuviteltu tapaus: Pohjavedenottamolla on löytynyt norovirusta pohjavedestä eli vedenottamon raakavedestä. Virus pääsi pohjaveteen jätepumppaamossa sattuneen vuodon yhteydessä heinäkuussa. Vedenottamo pysyy suljettuna toistaiseksi.

• Maantieteelliset rajat: Pohjavedenottamo Suomessa
• Aikarajat: Nykyhetki
• Altistumisreitti: Kylmän vesijohtoveden juominen
  • Kuumennettujen juomien kulutus (kahvi, tee) jätetty arvioinnin ulkopuolelle
• Vedenkäsittelymenetelmä: UV-puhdistus
• Tarkasteltavat vaikutukset:
  • Noroviruksen terveysvaikutukset (infektioriski)
  • Vertailuna rotaviruksen terveysvaikutukset (infektioriski) varmemman annosvasteen vuoksi
  • Toisena vertailuna UV-puhdistuksen teholle on Murine Norovirus, jota käytetään nykyään parhaimpana surrogaattina ihmisen norovirukselle
• Tarkasteltavan populaation koko 15000

Skenaariot

• Kontaminaatioskenaariot:
  • Clean: Puhdas tilanne, ei norovirusta raakavedessä
  • Medium: Nykytilanne, norovirusta havaittu raakavedessä
  • Contaminated: Vakava norovirus-kontaminaatio raakavedessä

• Vedenkäsittelyskenaariot:
  • UV ja raudanpoisto
  • UV max 100 % teho
  • UV normal 80 % teho
  • UV min 45 % teho (UV-putkien vaihtoraja)
  • Kaksi vierekkäistä UV-linjaa

Tavoitellut käyttäjät

• Vesilaitoksen työntekijät
• Vesilaitoksen jakelupiiriin kuuluvat ihmiset
• Kunnan päättäjät

Osallistujat

• Tämä on avoin arviointi. Kuka tahansa saa osallistua.
• THL:n tutkijat

Määritelmä

Kuva 1. Kuva riskinmallista

Päätösmuuttujat

• Mikrobien määrä juomavedessä
• UV-puhdistuksen teho

Vastemuuttujat

• Infektion todennäköisyys per henkilö
• Infektion todennäköisyys tietylle populaatiolle
• Vuosittainen infektioiden lukumäärä tietylle populaatiolle

Muut muuttujat

• Mikrobien määrä pohjavedessä
• Mikrobien log-vähenemä
• Mikrobeille altistuminen
• Juomaveden kulutus

R koodi

+ Näytä koodi- Piilota koodi library(triangle) library(ggplot2) n <- 5000 # Raw water rw.clean <- rtriangle(n, 0, 0, 0) rw.medium <- rtriangle(n, 12.5, 500, 100) rw.contaminated <- rtriangle(n, 500, 5000, 1000) rw <- data.frame(obs = 1:n, Contamination = rep(c("Clean", "Medium", "Contaminated"), each = n), Microbe = rep(c("Norovirus", "Rotavirus", "Murine norovirus"), each = n*3), conc.rw = c(rw.clean, rw.medium, rw.contaminated)) # Treatment ## UV treatment fluence <- 79.2 # Fluence dose mJ^-1cm^2 uvlr <- function(k, fluence, b) -k * fluence - b # UV log reduction function rv_uvlr <- -uvlr(0.102, fluence, 0) # rotavirus UV log reduction nv_uvlr <- -uvlr(0.106, fluence, 0) # norovirus UV log reduction mnv_uvlr <- -uvlr(0.132, fluence, 0) # murine norovirus UV log reduction uv <- data.frame(Microbe = c("Norovirus","Rotavirus", "Murine norovirus"), uvlr = c(nv_uvlr, rv_uvlr, mnv_uvlr)) ## Fe filtration fe <- data.frame(felr = 1) ## Totals treat.scenarios <- data.frame(Treatment = c("UV max + Fe filtration", "UV normal + Fe filtration", "UV min + Fe filtration", "UV max", "UV normal", "UV min", "UV double"), Fe.filt.coeff = c(1,1,1,0,0,0,0), UV.coeff = c(1, 0.8, 0.45, 1, 0.8, 0.45, 2)) #uvmax.filt <- fe + uv$Result #uvnorm.filt <- fe + uv$Result * 0.8 #uvmin.filt <- fe + uv$Result * 0.45 #uvmax <- uv$Result #uvnorm <- uv$Result * 0.8 #uvmin <- uv$Result * 0.45 #uvdouble <- uv$Result * 2 treat <- merge(treat.scenarios, uv) treat <- merge(treat, fe) treat <- model.frame(I(felr * Fe.filt.coeff + uvlr * UV.coeff) ~., data = treat) colnames(treat)[1] <- "tot.lr" # Exposure cont.p <- data.frame(Contamination = c("Clean", "Medium", "Contaminated"), cont.p = c(1,1,1)) # "likelihood of contamination" pat.conc <- merge(rw, treat) # pathogen concentration in drinking water pat.conc <- merge(pat.conc, cont.p) pat.conc <- model.frame(I(10^(log(conc.rw * cont.p, 10) - tot.lr)) ~., data = pat.conc) colnames(pat.conc)[1] <- "conc" lmean <- function(parmean, parsd) {return(log(parmean)-log(1+(parsd^2)/(parmean^2))/2)} # functions for parametrization of the - lsd <- function(parmean, parsd) {return(log(1+(parsd^2)/(parmean^2)))} # - lognormal distribution cons.ubw <- data.frame(obs = 1:n, cons.ubw = rlnorm(n, lmean(757.765, 566.879), lsd(757.765, 566.879)))# Consunmption of unboiled water pat.exp <- merge(pat.conc, cons.ubw) pat.exp <- model.frame(I(conc * cons.ubw / 1000) ~., data = pat.exp) colnames(pat.exp)[1] <- "dose" # Impacts #exact.beta.pois <- function(alpha, beta, dose) 1 - exp(- alpha / (alpha + beta) * dose) poisson.params <- data.frame(Microbe = c("Norovirus","Rotavirus", "Murine norovirus"), alpha = c(0.04, 0.167, 0.04), beta = c(0.055, 0.191, 0.055)) infection.p <- merge(pat.exp, poisson.params) infection.p <- model.frame(I(1 - exp(- alpha / (alpha + beta) * dose)) ~., data = infection.p) colnames(infection.p)[1] <- "p" pop <- data.frame(pop = 15000) infections <- merge(infection.p, pop) infections <- model.frame(I(p * pop) ~., data = infections) colnames(infections)[1] <- "infections" res1 <- tapply(infections$infections, infections[,c("Treatment", "Microbe", "Contamination")], mean) res1 res1 <- as.data.frame(as.table(res1)) plot1 <- ggplot(res1, aes(x = Contamination, weight = Freq, fill = Microbe)) + geom_bar(position = "dodge") + facet_wrap(~Treatment) plot1

Vastaus

Norovirus

Kalikiviruksiin kuuluvat norovirukset ovat yleisimpiä aikuisten vatsatautien aiheuttajia. Myös lapsilla ne ovat merkittävä vatsataudin aiheuttaja. Norovirukset aiheuttavat usein vatsatautiepidemioita. Norovirukset ovat varsin kestäviä. Taudin itämisaika on 12–48 tuntia. Oireet alkavat äkillisesti. Niitä ovat kouristavat vatsakivut ja pahoinvointi, joita seuraa oksentelu. Valtaosalla sairastuneista on myös ripulia, joka on yleensä lyhytkestoinen ja lievä. Osalla on myös lämpöilyä, joka voi erottaa taudin bakteeritoksiinien aiheuttamista ruokamyrkytyksistä. Oireiden kesto on yleensä 12–72 tuntia. Noroviruksia erittyy runsaasti sairastuneen henkilön ulosteisin. Virukset ovat erittäin herkästi tarttuvia ja tartunta voi tapahtua suoraan henkilöstä toiseen, viruksilla saastuneen veden tai elintarvikkeiden välityksellä. Tartunta voi myös levitä viruksella saastuneiden kosketuspintojen kautta. Tässä arvioinnissa arvioidaan vain juomaveden kautta tapahtuvia primäärisiä norovirusinfektioita.

Norovirukset ovat yleinen vesiepidemioiden aiheuttaja Suomessa, erityisesti pienillä vesilaitoksilla. Vuosina 1998-2003 norovirukset aiheuttivat 72 % kaikista juomavesiepidemioista. Noroviruksien aiheuttamat vesivälitteiset epidemiat ajoittuvat pääosin lopputalveen ja kevääseen. Talviset olosuhteet edistävät norovirusten säilymistä ja näin leviämistä jätevesistä talousveteen. Norovirusten toteaminen perustuu molekyylibiologian menetelmien käyttöön, mutta menetelmiä ei ole standardoitu. Noroviruksille ei ole asetettu raja-arvoja talousvesiasetuksessa, joten niitä ei yleensä seurata veden laadun valvonnassa. Täten niistä ei ole kattavasti tietoja, etenkään Suomen oloissa.

Infektio vs. tautitapaukset

Infektiolla tässä arvioinnissa tarkoitetaan vain primääristä infektiota, joka voi tietyllä todennäköisyydellä johtaa itse tautiin. Joidenkin arvioiden mukaan n. 30% infektoituneista ei saa minkäänlaisia oireita. Tautitapausten määrä on kuitenkin jätetty laskematta sen epävarmuuden vuoksi, mutta norovirusinfektioiden voidaan arvioida johtavan noin 50%:sti tautitapaukseen. Sekundaarisia tautitapauksia ei tässä arvioinnissa oteta huomioon, ainoastaan juomaveden välityksellä aiheutuneet infektiot.

Noroviruksella kontaminoitunut juomavesi terveysriskinä pohjavesilaitoksella

Kuva 2. Pohjaveden mikrobipitoisuudet eri skenaarioilla

Puhdas, eli viruksista vapaa pohjavesi ei aiheuta terveysriskejä.

Keskitason kohtaminaatiotilanteessa (n. 10-1000 viruspartikkelia litrassa raakavettä) norovirus voi aiheuttaa terveysriskejä riippuen vedenpuhdistusmenetelmästä. Tupla-UV-puhdistus on varmin puhdistusmenetelmä, mutta jo minimi UV-teholla päästään alle 0.01 infektion todennäköisyyteen per henkilö. Mikäli tämä todennäköisyys heijastetaan koko populaatiolle ja oletetaan, että koko väestö juo vesijohtovettä vuorokauden ajan, saadaan infektioiden todennäköinen lukumäärä vuorokaudessa, joka olisi minimi UV-teholla lähes 161 infektiota. Vuoden sisällä infektion saavavien henkilöiden lukumäärä olisi huomattavan suuri, läehs 130000 henkilöä. Tässä skenaariossa pidetään merkityksettömänä sitä, jos ripulin saisi uudestaan.

Normaalilla UV-tasolla infektion todennäköisyys per henkilö olisi alle 0.00001, ja koko populaatiolle vuorokaudessa 0.19, joka tarkoittaisi vuodessa 68 infektiota. Yhdistelmällä raudansuodatus+UV sekä tupla-UV-puhdistuksella päästään alle yhden infektion lukumäärään vuodessa.

Likaisimmassa kontaminaatiotilanteessa (1000-5000 viruspartikkelia litrassa raakavettä) terveysriskit ovat suuremmat kuin muissa kontaminaatioskenaarioissa. Kaikilla puhdistusmenetelmillä päästään alle 0.1 todennäköisyyteen, mutta populaatiotasolla päivittäinen riski mini-UV-puhdistusteholla aiheuttaisi yli 1500 norovirusinfektiota vuorokaudessa. Vuosittainen infektioiden määrä vaihtelisi 1-14000 riippuen vedenpuhdistusmenetelmästä, ainoastaan tupla-UV-puhdistuksella päästäisiin alle yhden infektion määrään vuodessa.

Kuva 3. Norovirusinfektion keskimääräiset todennäköisyydet eri kontaminaatioskenaarioilla.

Kuva 4. Norovirukset keskimääräiset infektiotapausten määrät vuorokaudessa koko populaatiolle eri kontaminaatioskenaarioilla.

Kuva 5. Norovirusten aiheuttamat infektiotapaukset vuodessa eri kontaminaatioskenaarioilla.

Kuva 6. Kumulatiivinen todennäköisyys noroviruksen aiheuttamille infektiotapauksille vuodessa eri puhdistusmenetelmin keskitason kontaminaatioskenaariolle.

Vertailuvirukset

Rotaviruksen infektiomäärät ovat samaa luokkaa kuin noroviruksen tulokset. Norovirus on tunnetusti infektiivisempi kuin rotavirus, joten tulosten voidaan olettaa olevan maltillisia siinä mielessä, etteivät ne yliarvioi terveysriskejä. Murine noroviruksen tulokset ovat alhaisempi kuin ihmisen noroviruksen tulokset. Tämä johtuu Murine noroviruksen UV-herkkyyydestä, eli sitä poistuu UV-käsittelyn aikana suurempia määriä vedestä kuin norovirusta.

Päätelmät

Taulukko 1. Yhteenveto tuloksista normaalilla UV-tasolla (80% maksimitehosta).

	Puhdas	Normal	Contaminated
Noroviruspitoisuus pohjavedessä (n/l)	0	204.17	2166.67
Noroviruspitoisuus juomavedessä (n/l)	0	3.92E-05	4.17E-04
UV-taso (normal) (mJ/cm2)	63.36	63.36	63.36
Infektion todennäköisyys	0	1.25E-05	1.32E-04
Infektioden lukumäärä vuorokaudessa populaatiolle	0	0.19	1.98
Infektion lukumäärä vuodessa populaatiolle	0	67.94	693.16

Taulukko 2. Yhteenveto tuloksista raudansuodatus + normaali UV-taso -yhdistelmällä (80% maksimitehosta).

	Puhdas	Normal	Contaminated
Noroviruspitoisuus pohjavedessä (n/l)	0	204.17	2166.67
Noroviruspitoisuus juomavedessä (n/l)	0	3.925 e-06	4.165 e-05
UV-taso (normal) (mJ/cm2)	63.36	63.36	63.36
Infektion todennäköisyys	0	1.248 e-06	1.330 e-05
Infektioden lukumäärä vuorokaudessa populaatiolle	0	0.018	0.1966
Infektion lukumäärä vuodessa populaatiolle	0	6.831	72.46

Tulosten perusteella voidaan sanoa, että puhdistusmenetelmät raudansuodatus+ max UV sekä tupla-UV takaavat täydellisesti toimiessaan suojan noroviruksen aiheuttamia infektioita vastaan. UV-puhdistus yhdessä raudansuodatuksen kanssa ja yksin, etenkin lamppujen heikentyessä tai veden sameuden vähentäessä UV-annoksen suuruutta, ei takaa täydellistä virusten eliminaatiota mikäli raakavesi on kontaminoitunut. Tällöin norovirusinfektiot ja epidemiat ovat mahdollisia riippuen raakaveden eli pohjaveden kontaminaatiasteesta.

Taulukossa 1. on esitetty yhteenvetona eri kontaminaatioskenaarioiden terveysriskejä ns. normaalilla UV-tasolla (80% maksimista). Keskitason kontaminaatiolla (10-1000 viruspartikkelia/litrassa) infektioriski on vähäinen vuorokaudessa 15000 hengen populaatiolle, mutta mikäli tilanne pääsisi jatkumaan, infektioiden lukumäärä voi kasvaa laskennallisesti lähes 70 infektiotapaukseen vuodessa.

Taulukossa 2. on esitetty yhteenvetona eri kontaminaatioskenaarioiden terveysriskejä raudansuodatus + normaali UV-taso (80% maksimista) yhdistelmällä. Keskitason mikrobikontaminaatiolla infektioriski on vähäinen vuorokaudessa tarkasteltavalle populaatiolle, mutta vuodessa tämä voi johtaa muutamiin infektiotapauksiin.

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>

Päivi Meriläinen: Arviointi pohjavesilaitoksen mikrobiologisista riskeistä. Opasnet 2010. Viitattu 25.04.2024.