Forskningsbehov på drikkevannssektoren i et nasjonalt og (33) internasjonalt perspektiv Bjørnar Eikebrokk, SINTEF og NTNU

Transkript

1 Innledning Selv om vann er en fornybar ressurs, er tilgangen til denne ressursen svært ujevnt fordelt blant jordens befolkning. Foruten å være årsak til kriger og sterke nasjonale motsetninger, vil manglende tilgang på rent ferskvann i stadig sterkere grad være begrensende for menneskets fortsatte utvikling på jorden. Det antas at vannbårne sykdommer hvert år forårsaker mer enn 4.5 millioner dødsfall, forhold som i hovedsak skyldes manglende vanntilgang, dårlig vannkvalitet og dårlige sanitære forhold. Mens problemene i U-land i all hovedsak er relatert til dårlige hygieniske forhold og vannbårne infeksjoner, er dette forhold man i I-land stort sett har kontroll over. Her blir fokus i større grad rettet mot forhold som organisering, kildebeskyttelse, effektive internkontroll- og informasjonssystemer, teknisk-økonomiske tiltak for å optimalisere og effektivisere det totale vannforsyningssystemet, identifikasjon og kontroll av nye helserelevante mikroorganismer, kartlegging av den helsemessige betydningen av kjente og mindre kjente kjemiske stoffer, herunder mikroforurensninger som kan identifiseres og måles i stadig lavere konsentrasjoner, identifikasjon og kontroll av stoffer med kroniske helseeffekter, hensynet til spesielt sensitive grupper av befolkningen, etc. Det er også en betydelig FoU-aktivitet knyttet til kontroll av kjente og ukjente desinfeksjonsbiprodukter (DBP), alternative former for desinfeksjon, utvikling av metoder for måling/kontroll/begrensning av biologisk vekst i ledningsnett, indikatorer for og kontroll av desinfeksjonsresistente mikroorganismer, syntetiske organiske stoffer, utvikling av systemer og verktøy for effektivisering og kontroll, etc. Økt bruk av grunnvann begrenses i stadig sterkere grad av at grunnvannsressurser forringes på grunn av utslipp fra diffuse kilder, landbruk, deponier og fyllinger. Spesielt nitrater, pesticider, tungmetaller og organiske mikroforurensninger står her i fokus. EUs drikkevannsdirektiver, som også Norge er bundet av, er i stor grad preget av at vannforsyningen i sentrale deler av Europa er dominert av grunnvann. Ulikhetene i regelverk og lovgivning mellom et grunnvannspreget EU og et mer overflatevannpreget USA er da også tydelige. I et er man i Norge begunstiget med en enorm tilgang på ferskvann. Om lag 85 % av forsyningen skjer via overflatevann, og slik sett hadde nok det amerikanske regelverk muligens vært bedre tilpasset norske forhold enn eksisterende EU-direktiv. Normalt er vannet som råvare betraktet også av god kvalitet, og de problemer man har i Norge skyldes ofte mer naturlige enn direkte menneskeskapte forurensninger. Dette har utvilsomt vært en sovepute for utviklingen av en tilfredsstillende vannforsyning her til lands. FoU-aktivitetene er primært rettet mot å sikre en stabil tilgang på vann av god hygienisk og bruksmessig kvalitet, der kontroll av naturlig organisk materiale (NOM), mikroorganismer og korrosivitet har vært viktige delområder. Selv om de klimatiske forhold også er gunstige i vår del av verden i forhold til utbredelsen av vannbårne sykdommer, har den økte reisevirksomheten og internasjonaliseringen av samfunnet i stadig sterkere grad eksponert også Norge for ulike akvatiske patogene organismer som kan spres over kontinenter i løpet av få dager. Dette er en utvikling som vil forsterkes. Videre utgjør strukturen i norsk vannforsyning med mange små og mellomstore vannverk i seg selv en utfordring i forhold til effektiv organisering, sikkerhet, teknologi, kompetanse, driftsovervåking og kontroll. Selv om mange i Norge anser NOMfjerning som avansert vannbehandling, er det et faktum at slike vannbehandlings-prosesser fremstår mer som en del av forbehandlingen i store deler av verden der råvannet har en annen

2 karakter. På den annen side kan man oppleve at vannbehandlingsprosesser som lenge har vært tradisjonelle i Norge, eksempelvis koagulering-filtrering primært for NOM-fjerning, nå opplever en voldsom fokusering og går under betegnelsen enhanced coagulation i USA og flere andre land. Dette fordi målet med behandlingen har blitt justert i retning av økt NOMfjerning for å begrense dannelsen av DBP, mens den i utgangspunktet var optimalisert for fjerning av partikler (turbiditet). I Norge burde man kanskje i denne forbindelse fokusere på enhanced particle removal, siden en optimalisering for NOM-fjerning i visse tilfeller kan gå ut over partikkelfjerningen og derved også patogenkontrollen og den hygieniske barriéreeffekten. Selv om utfordringene på drikkevannssektoren er store og varierte, og FoU-behovet innen vannforsyning gjenspeiler de store globale variasjoner med hensyn til problemomfang, politiske forhold og grunnleggende forutsetninger, infrastruktur og klima, vil de primære forskningsbehov knyttet til vannforsyning i Norge og den vestlige verden for øvrig normalt være knyttet til følgende forhold: Sikring av vannkilder/risiko- og sårbarhetsanalyser Bedre beskyttelse av drikkevannskilder og strengere kontroll av aktiviteter i nedlagsfeltet blir fokusert i mange land. Dette omfatter økt kontroll med avrenning fra jordbruket, bedre rensing/desinfeksjon av avløpsvann, og større grad av oppsamling/behandling av overvann under perioder med flom/sterk nedbør. Dette omfatter også tilsig av stoffer man i dag ikke kjenner naturens reaksjon på, eksempelvis syntetiske organiske stoffer, hormonelle stoffer, mutagene stoffer, etc. Sikkerhets-, sårbarhets- og risikoanalyser vil bli mer sentrale verktøy i all vannforsyning, også i forbindelse med krisehåndtering/akutt forurensning og for vurdering og minimalisering av totale helserisiki. Det bør også utvikles bedre verktøy for vurdering av risiko for kortslutning av hygieniske barriérer i vannkilden, eksempelvis som følge av hevning av sprangsjiktet ved ugunstig vindpåvirkning. Vannbehandling/prosesskompetanse/ledningsnett/modellutvikling Vannbehandlingsløsninger vurderes i stadig sterkere grad ut fra totalvurderinger av det totale vannforsyningssystemet, der også forhold knyttet til vannkilde, råvann og distribusjon trekkes inn. Det fokuseres i stadig sterkere grad på desinfeksjonsmidler, kjente og ukjente DBP, hygienisk sikring, interaksjoner mellom vann og ledningsmaterialer i form av korrosjon og stoffutløsning, biologisk vekst, etc. Det legges også ned en betydelig FoU-innsats knyttet til utvikling av analyseverktøy og behandlingsteknologi for å vurdere/produsere et biologisk stabilt vann. Matematiske modeller og ekspertsystemer vil ventelig bli stadig viktigere verktøy ved prosessvalg og ulike optimaliseringsprosesser. I Norge har man som kjent investert betydelige summer i vannforsyningen de senere år, bl.a. med en rekke nye og oppgraderte anlegg for NOM-fjerning og desinfeksjon. Fortsatt gjenstår mye FoU knyttet til utvikling av bedre kriterier for valg av behandlingsløsninger basert på en grundig karakterisering av råvann og forsyningssystem (ledningsmaterialer). Dette gjelder

3 både kontroll av korrosjon og biologisk vekst, men kanskje spesielt ved fjerning av NOM, hvis egenskaper og sammensetning varierer betydelig fra vannkilde til vannkilde. Det er interessant å legge merke til at interessen er stor fra utlandet hva gjelder norske løsninger for NOM-fjerning (koagulering, membranfiltrering, ionebytte, biofiltrering), gjerne kombinert med korrosjonskontroll (alkaliske filtre, mikronisert marmor, spesialutviklede koagulanter, vannglass, etc). Svært mange norske vannkilder har en kvalitet og et NOM-innhold som i mengde og sammensetning varierer svært over året. Siden kvaliteten på råvannet er av avgjørende betydning for optimaliseringen av ulike behandlingsprosesser, er det viktig å dokumentere hvordan råvannskvaliteten påvirker de optimale prosessbetingelser. Det finnes mange eksempler på at optimal behandling av typisk norsk, bløtt vann med lav alkalitet, ph og turbiditet kan avvike betydelig fra optimale betingelser for behandling av typisk mellomeuropeisk hardt vann med høy alkalitet, ph og turbiditet. Dette har i enkelte tilfeller medført uheldige og feilaktige prosessvalg, noe som illustrerer viktigheten av å opprettholde en egen norsk FoU-aktivtet på dette feltet. Selv om mange vannverk fortsatt trenger en teknisk og prosessmessig oppgradering, vil fokus og FoU-behov etter hvert dreies mot drift og driftsoptimalisering, herunder systemer for prosesskontroll og vannkvalitesovervåkning også på nettet, samt utvikling av verktøy for mer effektiv forvaltning, drift og vedlikehold (FDV) av hele vannforsyningssystemet. Rådgivningsbransjen og andre aktører innen vannforsyningen har ikke alltid god nok kompetanse innen prosessoptimalisering og FDV av vannbehandlingssystemer. Dette vil, ut fra den økende mangelen på teknisk kvalifisert personale og studenter innen vannfag, raskt kunne bli et betydelig problem for norsk vannforsyning. Det relativt store antall små vannverk man har i Norge stiller også spesielle krav til behandlingsteknologi og driftskontroll. Også her finner man i USA større oppmerksomhet og FoU-innsats rundt de spesielle problemer små vannverk representerer. Kontroll av DBP, herunder økt fjerning av NOM ved bruk av enhanced coagulation eller annen egnet teknologi, alternative desinfeksjonsrutiner/desinfeksjonsmidler Motivasjonen for kontrollen av NOM og DBP er å redusere ulemper knyttet til dannelse av kjente og ukjente desinfeksjonsbiprodukter (D/DBP Rule, USEPA 1998), å redusere korrosjon som følge av økt NOM innhold og lokal beleggdannelse, å redusere biologisk vekst i ledningsnett, å hindre økt forbruk av desinfeksjonsmiddel og redusert effektivitet av desinfeksjonsprosesser, å hindre økt eksponering for ulike mikroforurensninger knyttet til humusmolekylet, samt å redusere bruksmessige og økonomiske ulemper knyttet til høy farge og høyt NOM-innhold i vannet. Mange land har tradisjonelt optimalisert sine prosesser for turbiditetsfjerning, og man benytter begrepet enhanced coagulation når man i ettertid optimaliserer prosessen for å oppnå effektiv reduksjon også av naturlig organisk stoff. En slik enhanced coagulation omfatter normalt bruk av høyere koagulantdoser og strengere ph-kontroll, noe som normalt medfører høyere slamproduksjon, og gir forkortete filtersykluslengder og økt spylevannsforbruk i forhold til situasjonen med fokus på turbiditetsfjerning. I Norge ble anleggene allerede i

4 utgangspunktet utformet og drevet for optimal humusfjerning, slik at vi her til lands alltid har anvendt enhanced coagulation. Det er imidlertid viktig å bibeholde en effektiv turbiditetsfjerning, siden det synes å være en nær sammenheng mellom turbiditet og effektiv patogenkontroll/hygienisk barriéreeffekt. Dette er spesielt viktig med tanke på desinfeksjonsresistente parasitter som Cryptosporidium og Giardia. Dette er forhold som er regulert i det nye amerikanske lovverket (D/DBPR og IESWTR, USEPA 1998), og som er meget relevante også for norske forhold. Det er interessant å legge merke til at føre-var-prinsippet her er lagt til grunn hva gjelder known and unknown DBP. Mye er fortsatt ukjent hva gjelder dannelse, identifikasjon og ikke minst helsemessig relevans av ulike DBP, også ut over trihalometaner (THM) og halogererte eddiksyrer (HAA). Det er også behov for en bedre kartlegging av de helsemessige effekter av langtidseksponering overfor såvel DBP som ulike typer mikroforurensninger. Klor som desinfeksjons-middel kan ikke sies å være på vei ut, men det kan registreres en økende interesse for alternative desinfeksjonsløsninger. Patogen- og partikkelkontroll/desinfeksjonsresistente parasitter/hygienisk sikkerhet Cryptosporidium og Giardia er påvist også i flere norske drikkevannskilder. For å opprettholde en dobbelt hygienisk sikring mot slike desinfeksjonsresistente parasitter, er det påkrevet at behandlingsprosessen inneholder minst én eller to barriérer. Dette tilsier normalt en reduksjon på minst 3 log-enheter (99.9 %). Siden patogenkontroll og turbiditetsreduksjon synes godt korrelerte, vil effektiv partikkelfjerning stå sentralt i slik patogenkontroll. Av denne grunn er membranfiltrering, effektive filtersystemer, partikkelkarakterisering og kontinuerlig turbiditets- og partikkelmåling hete FoU-tema i internasjonal vannforsyning. I USA har man for alle overflatevannverk over en viss størrelse innført krav om individuell og kontinuerlig turbiditeskontroll for hver enkelt filterenhet (IESWT-Rule, USEPA 1998). Foruten å dokumentere ulike metoders potensiale for partikkel- og patogenreduksjon, er det også viktig å vurdere dynamikken og stabiliteten i de ulike behandlingsformers hygieniske barriérevirkning. Videre er det behov for en bedre kartlegging av dose-respons forhold for ulike patogener og desinfeksjonsmidler. Behandling av slam og avfall fra vannbehandlingen, samt spyle- og vaskerutiner bør også i større grad vurderes ut fra en hygienisk og barriéremessig synsvinket. Utvikling av bedre indikatorer for hygienisk sikkert vann og nye problemorganismer, bedre verktøy for deteksjon og verifisering av vannbårne sykdommer, for vurdering av hygieniske barriéreeffekter, samt bedre prøvetakings- og kontrollrutiner også på nettet er andre sentrale FoU-oppgaver. Kontroll av nitrat, pesticider, tungmetaller og mikroforurensninger Dette er forhold som dominerer FoU-behovet i en helt annen grad i land med stor andel grunnvannsforsyning, eksempelvis Danmark. Men også lokalt i Norge vil dette være sentrale behov.

5 Organisering av vannforsyningen/privatisering Økt grad av privatisering vil tvinge seg fram også i Norge. Dette vil medføre økt fokus på økonomiske forhold og på vannkvalitet levert forbruker. Utvikling av verktøy for sammenligning av ulike vannverks ytelse og effektivitet vil tvinge seg fram (performance indicators/benchmarking). Økt privatisering og konkurranse vil generere behov for optimaliseringstiltak i en helt annen skala enn tilfellet er i dag, da vannverkseiernes muligheter for å tilpasse vannavgiftsnivået til kostnadene nok ikke alltid har virket spesielt motiverende for optimaliserings- og effektiviseringstiltak. Kompetansebehov/sysselsetting Som en følge av en forventet økt privatisering og fokusering på forhold knyttet til vannkvalitet og økonomi, vil man også i Norge på sikt oppleve behov for økt sysselsetting og kompetanse på vannforsyningssektoren. I USA er vann- og avløpsbransjen rangert på 7. plass i en analyse av industrigrener med høyest forventet sysselsettingsøkning i perioden (51 %). Dette kan utvikle seg til et betydelig problem for Norge som for tiden opplever en sterk nedgang i antallet universitetsstudenter innen tekniske vannfag.