Risikofaktorer for inntrengning av patogener i norske drikkevannsledninger - et litteraturstudium

Abstract

Formålet med denne masteroppgaven har vært å finne ut hva litteraturen sier om hvilke risikofaktorer som bidrar til at smittestoffer kan trenge inn i drikkevannsledningen i norske ledningsgrøfter. Avslutningsvis samles informasjonen fra den utvalgte litteraturen i form av forebyggende tiltak for drift, vedlikehold, utforming og anleggsutførelse.

Metode: Forskningsspørsmålet blir forsøkt besvart gjennom en systematisk litteraturstudie. En del utenlandske artikler ble valgt ut, sortert og systematisert ettersom det var få treff på norske forskningsartikler. En kombinasjon av søkeordene «microbial intrusion», «public health risk», «trench», «drinking water», «transient pressure», «sustained pressure», «experimental» og «review» ble benyttet. Andre sentrale søkestrategier var truncation, synonymer til søkeordene, lese referanse- og siteringslisten til søketreffene og lage inklusjons- og eksklusjonskriterier. Databaser benyttet var Oria, Nasjonalbiblioteket, Google Scholar og ScienceDirect. For å sikre validitet og pålitelighet i litteraturgjennomgangen måtte artiklene være fagfellevurderte, skrevet av anerkjente forfattere og ha fagfolk som målgruppe. Antall siteringer ble vurdert, men var ikke avgjørende. Metoden er inspirert av PRISMA-metoden for systematiske litteraturstudier.

Resultat og diskusjon: Det mest omfattende norske bidraget som ble funnet var et forsøk utført av sivilingeniør Jan Myhrstad fra 1983. De utenlandske artiklene er skrevet av andre anerkjente forfattere innen vann- og miljøstudier. De inkluderte artiklene er en blanding av eksperimentelle og feltarbeid studier. De utpeker tre kriterier for inntrenging av patogene mikroorganismer i distribusjonssystemet: 1) lave til negative trykkforhold, 2) ekstern forurensning tilstede og 3) inntrengningsvei.. Ekstern forurensning som nevnes er forurenset grøftevann, oversvømte kumventiler, spillvann og patogener i løsmassene omkring vannledningene. Inntrengningsveier omtalt i den utvalgte litteraturen er lekkasjeåpninger, defekte skjøter og armatur.

En av de største risikofaktorene for inntrenging av patogene mikroorganismer i drikkevannsledningen er når trykket i vannledningen blir lavere enn trykket på utsiden av ledningen, eksempelvis ved lave til negative trykkhendelser. Hurtig start og stopp av pumper eller hurtig endring av ventilstillinger gir trykkstøt med varighet fra millisekunder til minutter. Vedlikeholdsarbeid og rørbudd kan gi varige lave eller negative trykkhendelser fra flere minutter til timer. Ulike distribusjonskarakteristikker kan øke risikoen for lave til negative trykk. Da kan nevnes store høydeforskjeller, pumpestasjoner, stort antall forbrukere (>50 000) og mangel på trykkstøtreduserende tiltak. Drikkevannsledningen er ekstra utsatt for inntrengning av patogener ved lave til negative trykkhendelser når vannledningen ligger dykket i forurenset grøftevann. En norsk studie viste at selv om ledningen ikke ligger dykket, kan koliforme bakterier trenge inn i drikkevannet. Dette gjaldt hvis vann- og spillvannsledningen lå på samme nivå i ledningsgrøften ved negativt interntrykk og det var mindre grove løsmasser (sand) i grøftene. Sammenlignet med grøftevannet og jorda kan oversvømte ventilkummer være en større risiko for forurensning av drikkevannet. Kummen utgjør både en ekstern forurensningskilde og et inntrengningspunkt.

Konklusjon: Risikofaktorene for inntrengning av patogene mikroorganismer i drikkevannet er vel og merke sammensatte og bør være en helhetsvurdering for hvert enkelt distribusjonsnett og ledningsgrøft. Funnene gitt i denne oppgaven kan benyttes til det formålet. Alternativt kan litteraturstudien videreutvikles med større fokus på blant annet transport- og overlevelsesmekanismene til ulike patogene mikroorganismer i løsmasser og den hygieniske effekten av separate grøfter i eksempelvis USA.

The research question for this thesis is to find out what the literature presents as the risk factor contributing to microbial intrusion in water pipes in Norwegian trenches. At the end of the thesis, all the information is used to create a practical guide with suggestions and prevention strategies for the operating, maintenance, design and construction department.

Method: The method for this thesis is a systematic literature review. Most of the articles included are international articles since there were only few Norwegian articles appearing during the research process. The articles went through a systematic screening to extract the information and answer the research question. To find relevant published articles, a combination of the keywords «microbial intrusion», «public health risk», «trench», «drinking water», «transient pressure», «sustained pressure», «experimental» and «review» were used. Other research strategies included are truncation, finding synonyms for some of the keywords, read the reference and citation lists and create inclusion and exclusion criterions. Important databases were Oria, Nasjonalbiblioteket, Google Scholar and ScienceDirect. To ensure validity and reliability in this literature review, the articles should be peer-reviewed, written by acknowledged authors and academics, and have researchers and scientist as their intended audience. The number of citations was considered, but were not crucial. The method is inspired by the PRISMA-method for literature reviews.

Results and discussion: The most comprehensive Norwegian article found was the experimental study by civil engineer Jan Myhrstad from 1983. The international articles are written by other credible authors within Water and Environmental studies. There are both experimental and field studies. The articles included presents three criterions for microbial intrusion in the distribution system: 1) low to negative pressure events, 2) external contaminant and 3) pathogen routs of entry. The external contaminant is referred to as contaminated soil and groundwater surrounding the water mains, flooded valve vaults and leaking sewage. Intrusion pathways given are leaks, joint failure and valves.

One of the main risk factor for microbial intrusion in the drinking water is when the external pressure head becomes greater than the internal pressure, in particularly during low and negative pressure events. Rapid start and stop of pumps or abrupt changes in valve positions can cause water hammering which last from milliseconds to minutes. Maintain activities and main breaks can cause sustained low/ negative pressure events lasting from several minutes to hours. Different distribution characteristics increases the risk of low and negative pressures such as significant differences in elevation, pumping stations, size of the system (> 50 000 consumers) and lack of facilities to reduce pressure transients. Leaking water mains located below the water table are certainly more vulnerable to microbial intrusion during low and negative pressure events. Nevertheless, a Norwegian study presents evidence of microbial intrusion even when the water table was below the water mains. The water main and sewage lines was lying next to each other in the same trench containing less coarse/ fine deposits during negative internal pressure. Results obtained from samples showed significant higher occurrence of indicator organisms in water in flooded air-valve vaults compared to trench water and soil. They contribute as both an external contaminant and intrusion pathway.

Conclusion: The risk factors for microbial intrusion in the drinking water are complex. Each distribution system and trench need an individual total assessment of the risk factors involved. Hopefully, this master thesis might contribute to that. Alternatively, it can be further developed with a broader focus on transport- and survival mechanisms to different pathogens in deposits and the hygienic effect of separate trenches like in the USA.