Jing Li – Managing eutrophic waters in artificial recharge plants

Jing Li har skrivt avhandlingen Managing eutrophic waters in artificial recharge plants som publicerades i mars 2020.

Jing Li har bedrivit sina forskarstudier vid avdelningen för teknisk vattenresurslära på LTH sedan 2016. I avhandlingen redogörs för hur cyanobakterier förekommer i ytvatten med olika näringsstatus och hur de och deras eventuella toxiner kan mätas. Jing Li har också undersökt hur cyanobakterier och cyanotoxin kan förväntas avskiljas vid konstgjord grundvattenbildning, som hon studerat framför allt vid Sydvattens Vombverk i Vomb i södra Skåne.

Giftiga cyanobakterier utgör ett direkt hot mot dricksvattensäkerheten. De orsakar tekniska besvär i vattenverkens intagsledningar och filter och ger dålig lukt i vattnet. Över 50% av blomningarna bildar giftiga toxiner, vilket kan leda till allvarliga hälsoproblem. I avhandlingen har Jing Li genomgående haft driftpersonalens glasögon på sig och utgått ifrån vad operatörerna behöver veta om vattenkvalitet och beredningsmetoder för att förstå när cyanobakterier börjar förekomma i råvattnet och hur cyanotoxiner kan mätas och tas bort för att garantera ett säkert dricksvatten.

I avhandlingen redogörs för vilka av Havs- och Vattenmyndighetens cirka 100 referenssjöar, som någon gång har visat på blomningar av cyanobakterier. Sjöarna har följts sedan 1980-talet, men bara provtagits någon gång per år. Dock kunde Jing Li visa med statistisk analys (kvantilregression) vid vilken nivå av total fosforhalt i vattnen som sjöarna fick förhöjd cyanobakteriell tillväxt. Redan vid totalfosforhalter i vattnet över 0,2 mg/l började cyanobakterier förekomma i stor mängd och när totalfosforhalten steg över 0,5 mg/l var risken för cyanobakterieblomningar mycket stor. Efter denna genomgång undersökte Li hur relationen mellan kvävehalter och fosforhalter i vattnet inverkade på cyanobakterierna.

Cyanobakterier är så kallat kväveassimilerande, vilket betyder att de förmår binda luftkväve till vattnet och kan på så sätt lösa sitt behov av kväve på egen hand, utan behov av löst kväve i vattnet. Det betyder att andra organismer som kan växa snabbare i näringsrika förhållanden kan bli utkonkurrerade när kväve börjar bli tillväxtbegränsande medan fosfor fortfarande förekommer. Li visar i sin avhandling att kvoten löst oorganiskt kväve/ total fosfor är bättre på att indikera cyanobakterieaktivitet än kvoten totalt kväve / total fosfor. I totalt kväve ingår en hel del kväve som är bundet till organiska föreningar och som är svårare för mikrobiella organismer att tillgodogöra sig. När kvoten löst oorganiskt kväve/ total fosfor sjönk under cirka 10 började cyanobakterier att dominera bland de vattenlevande organismerna.

Sjöar i södra Sverige har oftast högre nivåer av cyanobakterier jämfört med sjöar i norr. Förklaringen är att det råder en mer intensiv markanvändning i södra Sverige. Många av dem är eutrofa (näringsrika) eller extremt näringsrika (hypertrofa). De vanligast förekommande arterna var Dolichospermum spp. (tidigare kallade Anabaena) och Aphanizomenon spp. Något mindre vanliga var Microcystis spp., Woronichinia spp. och Planktothrix agardhii.

Vattnets färg har betydelse för cyanobakteriernas växt, och eutrofa skogssjöar har de högsta nivåerna av cyanobakterier. Värme gynnar all biologisk tillväxt men vid sämre ljusförhållanden kan cyanobakterier lättare växa än större organismer och lättare dominera den sammanlagda biomassan. Vid specifik analys av hur biomassan varierade under tillväxtsäsongen i Vombsjön kunde Li visa att cyanobakteriernas andel av den totala biomassan ökade från maj till november, så att de från september helt präglade vattnets biomassa.

Ett specifikt försök med en av infiltrationsbassängerna på Vombverket redovisades av Li i detalj. Bassängen hade delats på mitten och halva bassängen infiltrerades med vanligt sjövatten medan den andra halvan infiltrerades med ett förbehandlat vatten där fosforn och cirka hälften av det organiska materialet avskilts med hjälp av aluminiumfällning på ett dynasandfilter. Förbehandlingen ledde till ett renare infiltrationsvatten med högre infiltrationshastighet. Men den biologiska reningen i bassängen och i marken under bassängbotten klarade av att avskilja både cyanobakterier och eventuella cyanotoxiner. I inga av de grundvattenprov som togs i observationsrör som slagits ned från bassängen till ordinarie grundvattenbrunnar gick det att detektera några cyanobakterier eller cyanotoxiner under försöket, vilket pågick under knappt ett år.

Cyanotoxiner kan undersökas med snabbmetoder som Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) eller Lateral Flow Immunoassay (LFA). Det finns fungerande ELISA-baserade snabbmetoder för att detektera cyanotoxinet Mikrocystin-LR och Li testade också en LFA-metod för att mäta Saxitoxin, som har rapporterats från sjövatten i Sverige. Metoderna är semikvantitativa och för att mäta och bestämma mera precisa halter av toxiner behöver avancerade analysinstrument som LC-MS / MS användas. Snabbmetoden för Saxitoxin förmådde detektera halter ned till cirka 5 μg/l, vilket är något över Livsmedelsverkets åtgärdsgräns.

Li föreslår i sin avhandling att driftpersonalen behöver följa sitt råvatten regelbundet med dessa cyanobacteria management tools (CMT) som hon beskrivit och därvid följa näringsstatus i form av kväve, fosfor, organiskt material i relation till färg och temperatur. Prov på biomassan behöver också tas med viss regelbundenhet för att förstå mängden av och vilka cyanobakterier som växer i vattnet. Stickprov som mäter halter av toxiner behöver göras under blomningar, liksom regelbunden kontroll av utgående dricksvatten. I början av 2023, när den första stora kontrollinsatsen av svenska vattenverk genomförts på uppdrag av Livsmedelsverket, får vi ett första samlat svar på hur det ser ut i Sveriges dricksvatten.

Det är också tydligt att mera långtgående åtgärder mot övergödning måste initieras om problem med blomningar skall kunna minimeras. Klimatförändringarna kommer inte att göra sjöarna mindre exponerade för cyanobakterier.

Länk till Jing Lis avhandling: Managing eutrophic waters in artificial recharge plants