Quantitative microbial rsk assessment and water quality modelling : on drinking water sources, recreational and recycled waters

Abstract

Despite various efforts to improve water quality in all pathways, waterborne diseases are still a major public health concern in both developing and developed countries. To address the threat of waterborne diseases through different measures, understanding the level of risk is very important. In this regard, quantitative microbial risk assessment (QMRA) is an emerging modelling approach, used to estimate the risk of infection and illness from an exposure to disease causing microorganisms, and is currently promoted by the World Health Organization (WHO) to be used for setting water safety criteria and regulations. While QMRA has been useful in estimating health risk levels, and therefore highlighting risk based management options, there are various challenges to apply this method under different conditions. One of the major challenges is the shortage of quantitative data on the concentration of microbial pathogens and inconsistency in water-related pathways. Therefore, monitoring of microbial pathogens is the preferred form of information for QMRA. Currently, the potential for the integration and use of microbial water quality monitoring and modelling as an input for the QMRA framework is an important issue. This study will enrich the QMRA approach through microbial water quality modelling. The trend, extreme microbial loads, transport, and spreading of microbial pollutants in the identified pathways of interest (drinking water source and recreational coastal water) were investigated using statistically (Paper I), and deterministically (Paper II) based water quality modelling techniques, and then coupled with the QMRA framework (Paper III). There is also a microbial decay rate study in seawater, which could be an input for microbial fate and transport modelling (Paper IV). Furthermore, this study addressed the health risk issues associated with treated greywater reuse (Paper V), and microbial pollutant and nutrient removal efficiency of treated greywater disposal systems (Paper VI). Unsaturated and saturated flow studies provided valuable insights about the removal of microbial pathogens by on-site wastewater treatment systems that could be relevant in some QMRA settings.

På tross av bred innsats for å forbedre vannkvaliteten langs alle smitteveier, er vannbåren sykdom fortsatt et folkehelseproblem i både utviklingsland og utviklede land. For å møte trusselen fra vannbårne sykdommer med tilpassede tiltak, er det viktig med en forståelse av risikonivået. I denne sammenhengen er kvantitativ mikrobiell risikoanalyse (QMRA) en modelleringstilnærming som får økt oppmerksomhet, og blir nå anbefalt av Verdens helseorganisasjon (WHO) for å fastsette kriterier og forskrifter for trygt vann. QMRA har vært nyttig for å estimere helserisikonivåer og derigjennom rette fokus mot risikobaserte tiltak, men det er fortsatt diverse utfordringer ved å anvende QMRA under varierte betingelser. En av de største utfordringene er mangelen på kvantitativ informasjon om konsentrasjonene av smittestoffer, og variasjonene i disse gjennom vannets transportveier. Derfor er data fra overvåkning av smittestoffer kjærkommen informasjon for QMRA. Mulighetene for å integrere og bruke data fra overvåkning og modellering av mikrobiell vannkvalitet i QMRA-rammeverket er for tiden en sentral problemstilling. Denne avhandlingen vil styrke QMRA-tilnærmingen gjennom modellering av mikrobiell vannkvalitet. Trender, ekstreme konsentrasjoner, transport og spredning av smittestoffer i en drikkevannskilde og badevann ved kysten ble studert med statistiske (Artikkel I) og deterministiske (Artikkel II) metoder for modellering av vannkvalitet, og deretter knyttet til QMRA-rammeverket (Artikkel III). Det er også en studie av inaktivering av smittestoffer i sjøvann, som kan være inngangsdata for modellering av mikrobiell overlevelse og transport (Artikkel IV). Dessuten har avhandlingen sett på helserisiko knyttet til gjenbruk av behandlet gråvann (Artikkel V), samt fjerning av mikroorganismer og næringsstoffer i systemer for etterbehandling og utslipp av forbehandlet gråvann (Artikkel VI). Studier av umettet og mettet strømning gav verdifull innsikt i fjerningen av smittestoffer i desentraliserte systemer for avløpsbehandling, og kan i noen sammenhenger være relevant for QMRA.