Lukt og Smak i NORske drikkevann - LOSiNOR

Transkript

1 Vannprisseminaret 2018: Utviklingsarbeid i Vannbransjen, Norsk Vannforening, Ing. Hus, Oslo, 11. April 2018 Eikebrokk 1985 Lukt og Smak i NORske drikkevann - LOSiNOR Ny Kunnskap og Analysemetoder Bjørnar Eikebrokk, SINTEF

2

3 Problemets omfang: Lukt og smak i norske drikkevann 1997: Spørreskjema fra Næringsmiddeltilsynet i Rogaland til alle norske kommuner. Svar fra 350 vannverk (41 %) 126 Vannverk (36 %) meldte om lukt-/smaksproblemer Vanlige svar: Årsak ukjent; Væravhengig; Kommer og går; Verst vår/sommer/etter sterk nedbør; Karakteristikker: Jord-, myr-, mugg-, klor-, petroleum-, metall-aktig 103 av 229 vv med overflatevann (45 %), 13 av 121 vv med grunnvann (11 %), og 42 av 101 vv med klordosering (42 %) rapporterte om LoS-problemer 2015: Spørreskjema fra NV sendt til 95 utvalgte kommuner. Svar fra 51 (54 %) 18 vv (39 %) hadde hatt LoS-problemer, herav 10 av 31 vv med overflatevann (32 %), og 6 av 7 vv med grunnvann 34 vv (72 %) tok rutinemessig prøver for LoS-analyser Sesongavhengig: Mest LoS vår/sommer Årsaker: Endret råvannskvalitet (6 vv); Prosesser i ledningsnettet (5); PE-rør (2); Vannbehandlingen (2); Høy klordose (2); Klorvask av MF (1); Andre (8) 3

4 Noen Eksempler Dårlig lukt og smak på vann fra Aure vannverk (Feb 2016) For å sikre desinfeksjon av vannet ved service på renseanlegget torsdag 11.februar, ble det rutinemessig tilført klor i vannproduksjonen. Dette medfører i en periode varierende lukt og smak på drikkevannet for abonnentene ved Aure vassverk. Det er vanskelig å tidfeste når tilsett klor er ute av systemet, da dette mellom anna er avhengig av forbruket. Det er normal produksjonsprosess på behandlingsanlegget, og smak og lukt skal gradvis bli bedre med påfyll av friskt vatn inn i ledningsnettet. Vi overvåker situasjon og setter i verk tiltak ved evt. behov. Det er ikke farlig å drikke vannet. Unormal lukt og smak på drikkevannet (Feb 2016) Det er fortsatt noe lukt og smak på drikkevannet i Fredrikstad kommune. Det ble i går foretatt en gjennomgang av produksjonsprosessen ved vannverket. Tekniske komponenter, målesensorer etc. ble sjekket. Det ble ikke funnet feil på utsyr. Vannverket ved FREVAR gjorde i går kveld enkelte justeringer på renseprosessen. PHverdien på vannet samt enkelte doseringsmengder ble endret. Vi håper at dette bidrar til at lukt og smak forsvinner. I vannmagasinene finnes det til enhver tid lagret to døgns forbruk av drikkevann. En forandring vil derfor bli merkbar først i slutten av uka. Bortsett fra lukt og smak er alle prøveresultater fortsatt normale. Også vannprøver som tas på ledningsnettet rundt i kommunen viser at det er trygt å drikke vannet.

5 Vond lukt og smak på vann fra Seljestad vannverk ønske om tilbakemelding fra abonnenter (Juli 2015) Odda kommune har i løpet av de senere år mottatt en del klager fra abonnenter som får vann fra Seljestad vannverk på vond lukt og smak på drikkevannet. Det som oftest har vært problemet er lukt og smak av olje. Vi antar at dette skyldes lang oppholdstid i plastrør (PE) der selve plastmaterialet avgir lukt og smak til vannet. Problemet antas å øke med økende vanntemperatur, slik at problemet er større om sommeren enn om vinteren, da vannet er kaldere. Problemet øker også ved lang oppholdstid i ledningen, slik tilfelle ofte er i hytteområdene med lite forbruk på hverdager og lavsesong. Botemiddelet så langt har vært å spyle ut gammelt vann som har stått i ledningene, så nytt vann kan komme inn. Dette hjelper, men det er store mengder som må spyles ut pga få abonnenter og relativt store dimensjoner på vannledningen. De områdene som har hatt problemer så langt har vært Tømmerdalen og Løyning. For å få oversikt over problemet ber vi abonnenter som har opplevd vond lukt og smak fra drikkevannet ved Seljestad vannverk om å kontakte oss og si fra om når og hvor (gnr/bnr) dette har skjedd og i hvor stor grad dette har vært et problem.

6 Dårlig lukt og smak på drikkevannet (Mai 2013) Verran kommune lover bedring i vannkvaliteten til neste uke. I mellomtiden er det heller ikke farlig å drikke vannet. Ski kommune advarer mot drikkevannet Vannet er trygt å drikke, men kan ha en karakteristisk lukt og i noen tilfeller smak pga. kloring. Kommunen aner fortsatt ikke hvorfor vannet smaker vondt (Feb 2016) Fortsatt er det vond smak og lukt på drikkevannet flere steder i Fredrikstad. Verken kommunen eller vannverket ved Frevar klarer å finne årsaken. Lukt og smak på kommunalt drikkevann Meråker, Mai 2013 Det kan forekomme lukt og smak på drikkevannet om våren, slik som vi merker nå om dagen. Men vannet er bruksmessig og hygienisk like betryggende som ellers. Dette er noe som kommer hver vår når isen på vannkilden smelter, og det kalde isvannet gjør at vi får sirkulasjon av vannet i vannkilden. Dette kalles for vårsirkulasjon og kan vare noen uker med variabel styrke fra år til år.

7 Kilder til lukt og smak i vann

8 Eksempler på kilder til lukt/smak Algeproduserte stoffer (blågrønnalger) Geosmin m/luktterskel på 10 ng/l 2-methylisoborneol (2-MIB) m/luktterskel på 29 ng/l Typisk jordaktig fuktig, eller mugglignende Mjøsa/Glomma-vassdraget ; Moss/Rygge 2000 (2-MIB) Stoffer som kan lekke ut fra materialer i kontakt med vannet Høydebasseng (GUP med innvendig gelcoat) Plastmaterialer/PE-rør/epoksy/lim Utslipp/kjemikalier MTBE (metylbutylester fra bensin) Kloreringsprodukter Klorfenoler Biologiske omsetningsprodukter Kloranisoler (med ekstremt lav luktterskel < 0.1 ng/l) OH OH 8

9 Forskrift om vannforsyning og drikkevann (Drikkevannsforskriften) FOR Grenseverdier: Vannverkseier skal sikre at drikkevannet er helsemessig trygt, klart og uten fremtredende lukt, smak og farge. Eieren av internt fordelingsnett skal sikre at det interne fordelingsnettet ikke gjør drikkevannet mindre helsemessig trygt. Det interne fordelingsnettet skal heller ikke bidra til at drikkevannet blir mindre klart eller får fremtredende lukt, smak og farge

10 Forskrift om vannforsyning og drikkevann (Drikkevannsforskriften) FOR Materialer: Vannverkseieren og eieren av internt fordelingsnett skal sikre at de materialene som kommer i kontakt med drikkevannet, er helsemessig trygge. Materialene skal ikke avgi stoffer til drikkevannet i helsefarlige mengder eller i mengder som bidrar til at drikkevannet blir mindre klart eller får framtredende lukt, smak eller farge. 22 Tiltak: Dersom drikkevannet ikke er i samsvar med kravene i 5 første ledd, eller dersom tiltaksgrensene i vedlegg 2 overskrides, skal vannverkseieren straks undersøke årsaken til avviket. Ved avvik fra kravene i 5 første ledd skal vannverkseier så raskt som mulig gjennomføre tiltak for å rette avviket.

11 Lukt og Smak i drikkevann Hvordan identifisere årsaker? Klager fra abbonnenter Analyse av vannprøver Lukt-/smakspaneler Spesifikke analyser (kjemiske, mikrobiologiske, mm) Aktuelle mottiltak Unngå oppvarming av drikkevannet før bruk Fjern kilden (utslipp til vannkilde/grunnvann, VBA/kjemikalier, ledningsnettmaterialer, etc) Optimaliser vannbehandling/desinfeksjon, og supplér evt vannbehandlingen: Lufting, Ozonering, Aktiv kull (GAC) Spyl problematiske ledningsstrekk og bruk "sikre" materialer 11

12 Sensoriske analyser Tungen har områder med spesiell sensitivitet for ulike smaker Sensitive, men subjektive.. 12

13 Lukt- og Smakshjulet Et hjelpemiddel for å identifisere kilder til lukt og smak: Ofte en vanskelig oppgave. 13

14 Lukt- & smakshjulet Med en ytre ring med spesifikke stoffer Khiari et al, AWWARF,

15 Aromahjul for Vin 15

16 Lukt og smak i drikkevann En kompleks affære? Et konkret eksempel fra Åfjord kommune Mer info: Kursdagene Tekna/NTNU 2012; VA-dagene i Midt-Norge,

17 Stordalen Vassverk Åpnet i juni

18 Stordalen Vassverk: Okt 2010 "Drikkevannet begynte å smake og lukte vondt straks det nye renseanlegget ved Stordalen Vassverk ble satt i drift" 18

19 Bakgrunn og problemstilling Storvatnet Vassverk, Åfjord kommune Nytt vannbehandlingsanlegg satt i drift sommeren med mikrosiling, nanofiltrering og UV-desinfeksjon (NB! ingen klordesinfeksjon) - samt nytt HB (GUP med innvendig gelcoat) Med det nye anlegget kom også lukt- og smaksproblemer man hadde ingen slike problemer før Problemene kommer og går - også klagene. Myrlukt og myrsmak synes å dominere, og noen opplever en spesiell stank under dusjing For å fjerne eventuelle innvendige belegg og avsetninger, pluggkjørte man alle ledninger som tillot dette (ikke stikkledninger) Daglig membranvask med klor/skyllemiddel og sporadisk bruk av hovedvaskemidler (tensider) for å holde belegget (foulingen) under kontroll - vannet sendes til avløp de første 25 min etter fullført vask Hvilke stoffer er det som gir lukt/smak-problemene, hva er årsakene og hvilke tiltak kan være aktuelle for å løse problemet? 19

20 Stordalen Vannverk Mange spørsmål. Supplerende prøvetaking og analyse iverksatt for å gi svar på følgende: Tilføres vannet organisk stoff fra membranene, fra høydebasseng/gelcoat og/eller fra PE-rør og kan dette bidra til lukt/smak, biologisk vekst? Dannes det klororganiske forbindelser ved klorvask av NOM-holdig belegg på membranen, og kan slike forbindelser lekke gjennom membranen i lang tid etter avsluttet klorvask/skylling? I hvilken grad påvirkes vannkvalitet og biologisk vekstpotensial av UV? Hvilke lukt/smaksstoffer finnes i vannet, hvilke konsentrasjoner snakker vi om og hvor kommer disse stoffene fra? Hvilke tiltak er aktuelle for å løse problemene? Prøveuttak og analyse av NOM-fraksjoner og BDOC ved SINTEF, samt lukt- og smak komponenter ved Suez sitt laboratorium i Frankrike 20

21 Stordalen Vassverk Suez/Cirsee (F): 4 prøver for innledende screeninganalyser Sample ODOUR TASTE descriptor intensity descriptor intensity Inlet to the water treatment plant 1. Råvann Musty-Muddy 4 Treatment plant outlet (before header tank) 2. Ut UV Septic-Earthy 2-4 Septic-Earthy Bitter 6 6 Outlet of header tank* 3. Ut HB Broken bottle From the distribution system 4. Nettprøve Musty-Earthy 4 Musty Fruity 8 21

22 Stordalen Vassverk Flere Prøverunder & Prøvepunkter Prøve 1: Råvann 2: Ut-NF-2; 2 min etter fullført membranvask 3: Ut-NF-10; 10 min etter fullført membranvask 4: Ut-NF-25; 25 min etter fullført membranvask 5 Ut UV 6: Ut av HB 7: Ut av isolert PE-rørledning (nedstrøms HB) 8: Nettprøve 22

23 Stordalen Vassverk Nye Analyseresultater (ng/l) Suez Runde 2 Nov 2010 Råvann Ut NF- 1.5t Ut NF 10 min Ut NF 30 min Ut NF 3t Ut HB Ut PE Nett 2,4,6 Triklorfenol < ,4,6 Trikloranisol 0.1 < 0.1 < 0.1 < Triklorfenol dannes i membranen? Trikloranisol dannes på nettet? Triklorfenol Trikloranisol (luktterskel ng/l) 23

24 Konsentrasjon (ng/l) Konsentrasjon (ng/l) ,4+2,5 Dichlorophenol Nov 2010 Okt 2011 Nov 2012 Dec 2012-No chlorine Apr 2013 Nye Prøverunder 1. Nov 2012 og Apr 2013: Med vanlig klorvask 2. Des 2012 (grønne stolper): Etter 1 mnd drift uten klorvask av membranene Rå Ut NF- 2min Ut NF- 25min Ut UV Ut HB Ut PE-rør Nett med etter HB klager 2,4,6 Trichlorophenol Nov 2010 Okt 2011 Nov 2012 Nett uten klager Dec 2012-No chlorine Apr 2013 Triklorfenoler dannes ved klorvask av membranbelegg UV en mulig kilde til diklorfenol (apr 2013)? 50 0 Rå Ut NF- 2min Ut NF- 25min Ut UV Ut HB Ut PE-rør etter HB Nett med klager Nett uten klager 24

25 Stordalen Vassverk Sannsynlige årsaker Fra fenoler og bisphenoler til triklorfenoler og trikloranisoler? Triklorfenol: Fra klorvask av NOMbelegg på membranen, og fra klorering av bisphenol som lekker fra lim/epoxy i membranmodulene Fenol/karbolsyre: En del av NOM Klorfenol: Kan dannes via enzymatisk reaksjon med NOM (kloroperoxydase) (Hodin et al,1991) Trikloranisol: Dannes ved mikrobiell omsetning av triklorfenol på ledningsnettet 25

26 Aktuelle Tiltak Mot LoS i Nanofilteranlegg 1. Alternative membranvaskemidler (som ikke danner klorfenol) 2. Tiltak mot mikrobiell vekst/muggsopp på nettet 3. Supplerende vannbehandlingstrinn, f.eks. i) Aktiv-kullfiltrering etter membrantrinnet ii) Ozonering + aktivkullfiltrering etter membrantrinnet, der man også utnytter ozonets evne til å fjerne klorfenoler, lukt/smaks-stoffer, mm 26

27 LOSiNOR: Lukt Og Smak i NORske drikkevann ( ) Deltagere: Bærum, Odda, Trondheim, Sirdal, Vågå, Åfjord, NRV; IVAR; Norsk Vann, Norconsult, SINTEF 4 Fokusområder i. Lukt/smak fra PE-rør ii. Lukt/smak fra membrananlegg/membranvask iii. Klorgenerert Lukt/smak iv. Lukt/smak fra alger 27

28 Arbeidspakker & Ambisjoner i LOSiNOR ArbeidsPakker AP1. Screening: Mulige årsaker & Aktuelle Analyser AP2. Utvikling av Analysemetoder & Kartlegging av Driftsdata AP3. Identifisering av mulige Årsaker & Tiltak AP4. Rapportering & Resultatformidling AP5. Prosjektledelse og QA Hovedambisjoner 1. Utvikling av analyseverktøy for identifisering av årsaker til LoS basis for riktige diagnoser! 2. Vurdering av effektive vannbehandlingsformer/kur - basert på gode analyser/diagnoser! Oppbygging av analysekapasitet står sentralt i LOSiNOR 28

29 Analyse av lukt- og smak Etter Callejon et al., Jornal of Chromatography, 2016 Bestemmelse av substanser som gir lukt og smak er ingen enkel affære Man må ha kontroll på alle mulige kontamineringskilder fra laboratorium, utstyr og personell: Parfyme, personlige pleieprodukter, mm Et dedikert analyseområde bør settes av, og standarder og prøver må holdes atskilt Flyktige stoffer må ikke kunne unnvike under prøvetaking og analyse De aktuelle lukt/smaksstoffer opptrer i svært lave konsentrasjoner (ofte ng/l), og identifikasjon og kvantifisering krever derfor høysensitive og selektive analysemetodikker Analysemetoder basert på GC-MS har vært dominerende, men sensitiviteten er ikke høy nok for mange substanser Forbehandling og oppkonsentrering av prøvene før analyse er derfor ofte nødvendig, og flere substans-spesifikke teknikker kan anvendes for dette formålet hver med sine fordeler og ulemper 29

30 OPPARBEIDELSE OG ANALYSE Tre forskjellige teknikker 1. Head space GC-MS teknikk (egenutviklet) 2. Purge-and-trap metode med Tenax rør og påfølgende termisk desorpsjon på ATD-GC-MS 3. Væske-væskeekstraksjon og GC-MS analyse av ekstrakt Kolbjørn Zahlsen, SINTEF 30

31 METODE 1: Head space GC-MS (egenutviklet) Deteksjonsgrense submikrogram/l 1-5 ml prøvevolum For en rask screening og relativt høye konsentrasjoner Prøvd for hydrokarbon/diesel-type forurensninger og trikloranisol Head space glass Prøve fra luftrommet over vannprøven ("head space") injiseres på GC-MS GC-MS instrument Head space injektor 31

32 METODE 2: "Purge-and-trap" metode med Tenax adsorpsjonsrør og termisk desorpsjon på GC-MS ATD Deteksjonsgrense ca. 10 ng/l ml prøvevolum Satt opp på basis av publisert metodikk Stoff samles på Tenax adsorpsjonsrør Vannprøven gjennombobles med nitrogen fra gassflaske Flowmeter for kontroll av flow og volum Tenax rør desorberes og analyseres på GC-MS-ATD 32

33 CASE: IDENTIFIKASJON AV UKJENT FORURENSNING Årdal: Lukt av hydrokarboner i vann og mistanke om utslipp fra bensinstasjon/bilvaskehall (Anvendelse av Metode 2) Oppsamling på Tenax rør fra vannverkets Radonette enhet (60 min) Analyse og identifikasjon på GC-MS-ATD Funn av etyl tert butyl eter, ETBE (tilsetningsstoff i bensin), tridecan (hydrokarbon som finnes i whitesprit) og D-limonene (fiines i bilvaskemiddel) Ny gjentatt måling ga ikke funn av tert butyl etyl eter GC-MS-ATD ETBE Identifisert med GC-MS-ATD 33

34 CASE Årdal: IDENTIFIKASJON AV UKJENT FORURENSNING 34

35 METODE 3: Væske-væske ekstraksjon og GC-MS Deteksjongrense 0,1-1 ng/l ml prøvevolum Metode laget for Spesifikke indikatorer for mikrobiologisk aktivitet (SIM metode), Geosmin, 2-metyl isoborneol m. fl. Identifikasjon av ukjente forbindelser (SCAN metode med spektersøk) Væske-væske ekstraksjon med pentan GC-MS instrument Pentan ekstrakt injiseres fra prøveglass 35

36 Kan genetikken gi svar på lukt/smak-problemer? Kartlegging av mikrobielt samfunn i biofilm og vann Sekvensering av markørgener 16S (encellede bakterier), 18S (flercellede organismer) og ITS (spesielt for sopp) Totaloversikt over hvilke mikroorganismer om lever der og mengdeforholdet mellom dem Full metagenomanalyse på et utvalg av prøver Kartlegge de funksjonelle genene til mikroorganismene Lete etter genet som koder for produksjon av fenol oxidase, et enzym som er nødvendig i prosessen med å omdanne klorfenol til kloranisol Gunhild Hageskal, SINTEF 36

37 Genetikk: Leveranser Vi kan med stor sannsynlighet si hvorvidt smak/luktproblemet skyldes mikrobiologisk aktivitet Vi kan også si noe om hvilke organismer som er ansvarlig for problemet (i mye større grad enn med dyrkningsbaserte analyser) Analysene vil gi mye informasjon om den mikrobiologiske tilstanden i vannet, inkludert potensielt patogene mikroorganismer Når vi kjenner årsaken er det lettere å sette inn riktige tiltak! 37

38 Oppsummering og Konklusjoner 1. Flere norske vannverk har tidvis problemer med Lukt og Smak (LoS) 2. Kildene til LoS kan være flere og de kan være vanskelige å identifisere 3. Analysekapasiteten for lukt/smakstoffer er mangelfull - og må styrkes! 4. Årsakene til LoS kan ofte være sammensatte, feks. alger, kjemikalier, utlekking av stoffer fra materialer i kontakt med vann, fysiske/kjemiske/mikrobiologiske prosesser i kilde, VBA og ledningsnett, Jfr. Åfjord der årsakene synes å være knyttet til mikrobiell omsetning av klorfenoler til kloranisoler i ledningsnettet, bruk av Epoxy/lim i membranmodulene. Høye UV-doser i perioder med lavt forbruk kan muligens også bidra til klorfenoldannelsen 5. LOSiNOR fokuserer spesielt på: i) Lukt/smak fra PE-rør, ii) Lukt/smak fra membrananlegg/membranvask, iii) Lukt/smak fra kloreringsprosesser, og iv) Algeprodusert Lukt/smak 6. Utvikling av et analysetilbud/en analyseplattform står sentralt i LOSiNOR 38

39 Takk for oppmerksomheten! 39

40 VEDLEGG 40

41 NOEN FORKORTELSER GC-MS: Gasskromatografi kombinert med massespektrometri for flyktige komponenter LC-MS: Væskekromatografi kombinert med massespektrometri for tyngre polare komponenter FFF: Field Flow Fractionation for partikler (1 nm 100 um) og polymerer ( > Dalton) ICP-MS-MS: Inductively Coupled Plasma MS for uorganiske forbindelser ("det periodiske system") FT-ICR-MS: Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance MS for svært komplekse blandinger (eks. NOM) MALDI TOF: Time-of-flight, for MS analyse av store molekyler, kan også IMAGING (2- dimensjonale bilder) RapidFire: En ultrarask injeksjon for MS, kan analysere en prøve hvert 6. sekund (> / døgn) MS gir svært høy sikkerhet på identifikasjon av kjente (og ukjente) forbindelser og svært høy følsomhet. MS brukes derfor på de fleste områder hvor krav til sikkerhet er størst (retts-toksikologi, miljø, matsikkerhet ) 41

42 Terskelverdier for Lukt- og Smaksstoffer (Callejon et al., 2016) 42

43 Terskelverdier for Lukt- og Smaksstoffer (Callejon et al., 2016) 43

44 Mikroekstraksjon av Lukt- og Smaksstoffer (Callejon et al., 2016) 44

45 contact: SINTEFs MASSESPEKTROMETRISKE (MS) INSTRUMENTPLATTFORM GIR UNIKE MULIGHETER FOR FORSKNINGSBASERTE ANALYSER GC-MS identifisering av ukjente forbindelser FFF - Field Flow Fractionation Karakterisering av nanopartikler, polymerer, asfaltener og aggregater SINTEF HAR INVESTERT CA. 70 MNOK I ANALYSEUTSTYR 4 GC-MS Forskningsgruppe for massespektrometri (MS) består av 14 forskere og ingeniører med lang og bred erfaring (vann, næringsmidler, kjemikalier, miljøforurensninger, biologiske komponenter, olje, prosessindustri mm.) MALDI- TOF-TOF GIR UTVIDEDE MULIGHETER: POLYMER- ANALYSER MS-IMAGING 6 LC- SQ 10 LC-QQQ LC-MS-QQQ sporanalyser (ppq følsomhet). Kan påvise mindre enn 1 mg av en komponent i et internasjonalt svømmebasseng RapidFire ultraraske MS analyser, kan analysere > prøver per døgn ICP-MS-MS-analyse av grunnstoffer/metaller ARTSBESTEM- MELSE AV MIKROORG. (BIO-TYPER) FT-ICR-MS ultrahøyoppløselig MS for identifisering av ukjente forbindelser i komplekse blandinger. 45

46 VIKTIGE ARBEIDSOMRÅDER FOR FORSKNINGSGRUPPEN 46