Introduktion till QMRA

Kvantitativ mikrobiell riskbedömning (QMRA) är ett ramverk och tillvägagångssätt där antaganden sammanförs i en matematiska modell för att beräkna risken att vattenkonsumenter exponeras för smittsamma mikroorganismer (patogener) och blir infekterade. QMRA kan även användas för att bedöma hälsopåverkan i ett samhälle och jämföra mot hälsobaserade mål i vattenproduktionen. QMRA kan användas som ett beslutsunderlag inför åtgärder i beredningen, men även för att se behovet och kompletterande dataunderlag, exempelvis provtagning av patogener i råvattnet.

Medan de flesta mikroorganismer är ofarliga eller till och med nödvändiga, finns det mikroorganismer som kan orsaka sjukdom, s.k. patogener. Patogenerna kan sinsemellan skilja sig avsevärt när det gäller fysiska egenskaper, transport och överlevnad i miljön men även när det gäller förmågan att infektera och orsaka symtom. Olika beredningsmetoder på ett vattenverk är olika effektiva mot olika typer av patogener.

QMRA är inte bara en metod för att riskbedöma ytvattenverk, utan kan tillämpas generellt för att bedöma risken för smittspridning i vatten och miljö. Internationellt finns flera olika exempel på hur QMRA tillämpats, exempelvis för olika typer av livsmedel (ex dricksvatten och mat), utomhusmiljöer (ex badplatser och luft) och inomhusmiljöer (ex luft och ytor inom sjukhus, lokaler och olika transportmedel).

QMRA-metoden används av dricksvattenproducenter i flera länder, men på lite olika sätt. I till exempel Nederländerna måste dricksvattenproducenterna återkommande göra en QMRA för sitt vattenförsörjningssystem. Världshälsoorganisationen (WHO) förespråkar QMRA i sin vägledning för dricksvattenkvalitet, där det ingår som en del i WSP (Water Safety Plan).

Internationellt används ofta följande begrepp för att beskriva vad som ingår i en QMRA. Se exempelvis denna sida om the QMRA framework):

1. Faroidentifiering, identifiering av relevanta smittämnen (patogener) och vilken sjukdom och vilka symtom som är associerade med den specifika patogenen.
2. Dos-respons, det kvantitativa sambandet mellan antalet patogener och sannolikheten för infektion.
3. Exponeringsbedömning, där hänsyn tas till halter vid föroreningskällan, avdödning eller inaktivering under transporten i miljön samt på vattenverket.
4. Riskkarakterisering, där dos-respons och och exponeringsbedömning vägs samman för att uppskatta riskens storlek, osäkerhet och variation.
5. Riskhantering, med identifiering och utvärdering av strategier för riskhantering på grundval av kostnad och effektivitet. Förutom kvantitativ utvärdering är också förståelse för riskuppfattning och en plan för riskkommunikation relevanta riskhanteringsaktiviteter.

Dos-responsberäkningen ligger beräkningsmässigt efter exponeringsbedömningen. Beräkningen sker automatiserat i QMRA-verktyget, med de dos-responsfunktioner som där finns inlagda för respektive patogen. Riskhantering är inte en integrerad del i QMRA-verktyget, men resultat från QMRA-verktyget är direkt användbara för vidare analys kopplat till riskhäntering.

På initiativ av Stockholm Vatten, Norrvatten, DHI och SMI startade år 2006 ett Svenskt Vatten Utvecklings-projekt med målet att upprätta ett verktyg för mikrobiologisk riskbedömning vid svenska ytvattenverk. Målgruppen var svenska dricksvattenproducenter och utgångspunkten QMRA-metodiken. Projektet resulterade i ett datorbaserat verktyg som initialt kallades för ”MRA-verktyget”. Den nuvarande beteckningen QMRA-verktyget ansluter till det internationellt använda begreppet. Quantitative Microbial Risk Assessment kan översättas något olika till svenska. I översättningen ”Kvantitativ mikrobiologisk riskbedömning” ligger att risken inte bara analyseras utan även bedöms gentemot hälsobaserade mål för dricksvattenproduktionen.

Dricksvattenproducenter kan aldrig fullt ut garantera att dricksvattnet inte innehåller patogena mikroorganismer, men man kan vara mer eller mindre säker. Ett sätt att blir mer säker är att arbeta förebyggande och systematiskt. Vattenskyddsområde, risk- och sårbarhetsanalyser, egenkontrollprogram som bygger på faroanalys med kritiska styrpunkter (HACCP) och analyser med verktygen MBA och QMRA är alla exempel på hur ett förebyggande arbete kan komma till uttryck.

I Sverige finns inga krav eller direkta rekommendationer att dricksvattenproducenter använder QMRA-verktyget. Däremot lyfts det fram av Livsmedelsverket i sin Kontrollwiki (tidigare Vägledning till dricksvattenföreskrifterna). Ambitionen med QMRA-verktyget har varit att på ett användarvänligt sätt tillgängliggöra QMRA-metodiken och den senaste vetenskapligt publicerade kunskapen inom mikrobiologisk riskbedömning för Sveriges dricksvattenproducenter.

Förutom QMRA-verktyget för ytvattenverk, har det vid Chalmers utvecklats QMRA-verktyg för grundvattentäkter och små avlopp som tillhandahålls från DRICKS hemsida. Här finns även ett verktyg för att beräkna en hypotetisk patogenhalt i råvattnet med utgångspunkt i fynd av E. coli, den s.k. Kvotmodellen.

Det övergripande syftet med en QMRA är att bedöma om den mikrobiologiska barriärverkan är tillräcklig. För att avgöra detta behöver den mikrobiologiska risken i utgående dricksvatten bedömas utifrån vad som anses vara en acceptabel nivå. QMRA-verktyget kan användas för att undersöka följande frågeställningar:

• Är den mikrobiologiska risken med en given vattenförsörjning vid vanliga driftförhållanden acceptabel?
• Hur bidrar olika beredningssteg (mikrobiologiska barriärer) till avskiljningen eller avdödningen av patogener (dvs. log-reduktionen), och vilka är mest kritiska att upprätthålla?
• Hur varierar log-reduktionen mellan olika typer av patogener?
• Hur påverkas hälsorisken av en riskhändelse i vattentäkten, exempelvis en nödavledning med utsläpp av orenat avloppsvatten?
• Hur påverkas hälsorisken av genombrottshändelser i en process, exempelvis förhöjd turbiditet ut från ett sandfilter?
• Vilken hälsorisk ges enligt QMRA-verktyget, och hur överensstämmer detta mot gränsvärden som fastställts lokalt eller föreslagits internationellt?
• Vilka åtgärder, t.ex. i form av ytterligare behandlingsprocess, är lämpliga att överväga för att förbättra den mikrobiologiska barriären?

En QMRA ställer krav på en mängd indata. För att kunna uppnå önskat resultat krävs kunskap om förekomst av patogener i råvatten, avskiljningen av respektive patogen i olika beredningssteg, konsumtionsmönster samt dos-responssamband för respektive patogen. Man måste dessutom ha kunskap om variationen och spridningen i respektive steg. Kvaliteten på indata avgör som alltid kvaliteten på utdata.

Första steget är att beskriva den dominerande driftbetingelsen som råder större delen av tiden, den genomsnittliga eller normala situationen. För att erhålla ett gott resultat i slutändan krävs en detaljerad beskrivning av processen tillsammans med noggranna dataset. Risker associerade med normaldrift skall minimeras och bör vara de första att undersökas med avseende på acceptans.

Andra steget är att göra en känslighetsanalys baserat på normaldriften. Varje processteg sätts till sitt värsta tänkbara läge och modellen körs igen. Denna procedur tvingar användaren att kritiskt granska kritiska styrpunkter och ger användaren en möjlighet att identifiera svagheter i reningsprocessen.

Som tredje steg bör händelser som avviker från normaldrift och som medför en ökad risk för konsumenten simuleras. För att kunna simulera extrema händelser kan det vara bra att sammanställa information om lokala incidenter med avseende på händelse (t.ex. avbrott på klorering), tidsperiod (hur länge varade avbrottet) och övriga egenskaper för ändelsen (t.ex. strömavbrott). Detta underlag kan vara svårt att samla in men kan ge värdefull information om processens robusthet.

Viktigt att komma ihåg är att en riskanalys inte kan förutsättas generera några absoluta värden, då kvaliteten på indata styr kvaliteten på utdata. Kvaliteten på indata kan vara knepig då underlaget för patogener i vattentäkten oftast är tunt. Däremot är möjligheterna till relativa jämförelser goda, dvs. man kan undersöka vad förändringar i råvattentäkt eller process innebär för kvaliteten på konsumentens dricksvatten och därmed risken för smitta.

En av de största styrkorna med QMRA-verktyget är att användaren kan analysera både bedömd normaldrift och olika tänkbara scenarier. Det rekommenderas även att analys görs för bedömning av beredningens begränsningar, dvs exempelvis vilken högsta patogenhalt som vattenverket klarar vid normal drift eller vid händelser med nedsatt barriärverkan, alternativt hur dåligt beredningsstegen (inkl. vilka och hur länge) kan fungera och ändå ge ett mikrobiologiskt säkert dricksvatten vid normal respektive förhöjd patogenhalt i råvattnet.

QMRA-verktyget utgör även ett bra hjälpmedel för att lära känna sitt vattenverks styrkor och brister avseende mikrobiologiska barriärer.

Dricksvatten är vårt viktigaste livsmedel och utgör den mest kritiska resursen för vår överlevnad. Ett välfungerande samhälle förutsätter således en stabil tillgång till rent dricksvatten.

Framställningen av rent dricksvatten i erforderlig mängd står inför många utmaningar på vägen från råvattentäkt till konsumentens tappkran. Föroreningar av olika slag, fysikalisk-kemiska eller mikrobiologiska, kan tillföras vattnet genom hela produktionskedjan.

Sjukdom kopplat till dåligt dricksvatten är troligtvis något som många i första hand associerar med dålig hygien och dåliga sanitära förhållanden, d.v.s. företrädesvis ett problem för fattiga länder i världen. Problemet med dricksvattenburen smitta är dock ett problem även för utvecklade länder. Enligt Folkhälsomyndighetens rapport Sjukdomsutbrott orsakade av dricksvatten – Utbrott i Sverige år 1992 – 2011, inträffade i Sverige 78 dricksvattenburna utbrott mellan åren 1992 och 2011, med totalt knappt 72 000 insjuknade personer. I snitt rapporteras ca 4 utbrott per år i Sverige, och antalet insjuknade varierar stort mellan åren, från 2 till 27 000 personer per år. Mörkertalet är dock troligtvis betydande då det ofta är svårt att utreda varifrån smittan härstammar och då mindre utbrott sällan uppmärksammas och rapporteras. Förutom det personliga lidandet och inkomstbortfallet kan utbrott av magsjuka även orsaka mycket stora samhällskostnader.

Mikroorganismer som utgör de största riskerna i dricksvattensammanhang inom de i dricksvattensammanhang viktigaste grupperna av mikroorganismer; bakterier, virus och parasitära protozoer, finns ett antal mikroorganismer som kan vara s.k. patogena, d.v.s. sjukdomsframkallande. Dessa patogener återfinns i varierande grad i svenska råvattentäkter och har olika egenskaper såsom värddjur, zoonotisk potential, spridningsmönster, överlevnad i miljön, motståndskraft mot olika beredningstekniker, infektionsdos, hur allvarlig sjukdom de kan ge upphov till, m.m. I omkring hälften av alla dricksvattenburna utbrott i Sverige är det okänt vilken patogen som ligger bakom utbrottet. Av de utbrott där orsakande patogen är känd, är Calicivirus (där Norovirus ingår) vanligast, följt av Campylobacter. Tillgängliga epidemiologiska data tyder på att risken för att smittas av patogena bakterier och virus är större via andra livsmedel än via dricksvatten, men eftersom dricksvatten distribueras till ett stort antal människor kan konsekvenserna av ett utbrott bli allvarliga. Även om det är svårt att jämföra riskerna mellan dricksvatten och övriga livsmedel, kan man konstatera att konsekvenserna av utbrott kan bli mycket större för dricksvatten än för övriga livsmedel. Dessutom är ofta infektionsdosen låg, d.v.s. det krävs små mängder patogener för att bli sjuk.

I Sverige hanteras mikrobiologiska risker inom dricksvattenkedjan företrädesvis genom införandet av vattenskyddsområden med tillhörande föreskrifter, egenkontrollprogram med hygienregler, HACCP, provtagning av fekala indikatororganismer samt övergripande risk- och sårbarhetsanalyser.

I dricksvattenföreskrifterna (SLVFS 2001:30) anges vilka typer av beredningssteg som är att anse som mikrobiologiska barriärer, men det finns inga krav på hur många barriärer ett vattenverk ska ha. Det anges inte heller några krav på avskiljningsgrad. I Kontrollwiki anges dock ett rekommenderat minsta antal barriärer, beroende på råvattentyp och råvattenkvalitet.

I den svenska lagstiftningen använder man sig i dricksvattenproduktionen av kontroller i efterhand med hjälp av indikatororganismer, företrädesvis koliformer där E.coli ingår. Frånvaro av koliformer har tolkats som att vattnet är fritt från fekal förorening. Att denna metod har sina brister har man länge varit medveten om och på olika sätt försökt hantera. Problemen med efterkontroll är flera.

Indikatororganismer är inte representativa

Koliformer, den vanligaste indikatororganismen, är en lättodlad bakteriegrupp som dessutom är känslig för klor. Olika typer av patogener reagerar olika på desinfektion och frånvaro av koliformer är ingen garanti för att vattnet är fritt från virus eller protozoer, eller ens fritt från andra typer av bakterier. Flera andra patogener har visat sig mer resistenta än indikatororganismer mot konventionell rening. Alternativet att utöka analysprogrammet med fler indikatorer är inte heller attraktivt, då analyserna i många fall är dyra, komplicerade och tidskrävande.

Analys av indikatororganismer tar tid

Även om analysmetoderna utvecklas och förbättras kommer vi inte ifrån att mikrobiologiska analyser tar tid. Det innebär att det föreligger icke försumbar risk att man alltför sent upptäcker en förorening i vattnet som då redan kan ha hunnit konsumeras. Ju mer komplicerade analyser, desto längre blir svarstiden.

Provtagningen är inte kontinuerlig

I efterkontrollens karaktär ligger att den är diskret till sin natur, med en provtagningsfrekvens som bestäms av de lokala förutsättningarna. Det blir svårt tt upptäcka plötsliga förändringar i vattenkvaliteten med en provtagning som baseras på 100 ml vid stickprovskontroll.

Det är svårt att upptäcka patogener i låga halter

Förekomsten av patogener i dricksvatten är mycket låg i ett dricksvatten behandlat i en väl fungerande process. Då halterna i råvattnet är mycket låga och efter rening är förekomsten nära noll gör att det är svårt att detektera patogener. Analys av sådana låga koncentrationer är mycket svårt. Analysmetoderna kräver högre halter eller mycket stora provtagningsvolymer, uppemot 1000 liter vatten. Tyvärr räcker det med väldigt låga halter (i vissa fall endast en mikroorganism) för att insjukna.

Sammantaget leder ovanstående till att man alltmer kommit att inse att frånvaro av indikatororganismer inte garanterar att vattnet är fritt från patogener. Slutsatsen blir att det är svårt att med hjälp av efterkontroll garantera att vattnets kvalitet kontinuerligt uppfyller de ställda kraven.

I svensk lagstiftning finns idag inget krav på log-reduktion gentemot olika mikroorganismer, däremot börjar HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points, sv. Faroanalys och kritiska styrpunkter) och gradvis WSP (Water Safety Plans, sv. Vattensäkerhetsplaner) användas som verktyg för att verka förebyggande med att säkerställa vattenkvaliteten.

Världshälsoorganisationen, WHO, har arbetat fram ett globalt ramverk för att analysera, bedöma och hantera risker i både små och stora vattenförsörjningssystem. WHO kallar ramverket för ”vattensäkerhetsplaner” (Water Safety Plans, WSP).

WSP innebär att man på ett systematiskt sätt söker förebygga, upptäcka och åtgärda risker som kan leda till att människor insjuknar på grund av att förorenat dricksvatten levereras till konsumenterna. För att kunna genomföra alla de olika stegen som WSP proklamerar, behöver man systematisera det dagliga förebyggande arbetet samt genomföra en övergripande och allomfattande risk- och systemanalys. WSP har ännu inte inkorporerats i svensk och europeisk lagstiftning, men i Sverige arbetar vi däremot med vattenskyddsområden för råvattentäkter samt med HACCP för vattenverk. Båda dessa utgör viktiga beståndsdelar i WSP.

För att göra en fullständig riskanalys behöver flera olika analyser och utredningar av dricksvattensystemet genomföras, t.ex. HACCP, risk- och sårbarhetsanalys, och mikrobiologiska riskbedömningar, gärna både kvalitativa och kvantitativa, se figur 1. Exempel på en kvalitativ riskanalysmetod är MBA (Mikrobiologisk BarriärAnalys) där riskerna baseras på råvattenkvaliteten i form av förekomsten av indikatororganismer under flera år samt vattenverkets potentiella mikrobiologiska barriärhöjd. En kvantitativ mikrobiell riskanalys som är vanligt förekommande är QMRA.

Översiktlig beskrivning av de ingående delarna i WSP (Vattensäkerhetsplaner).

Ett annat verktyg som finns tillgängligt för Sveriges dricksvattenproducenter för bedömning av mikrobiologiska risker är MBA (Mikrobiologisk BarriärAnalys). Detta verktyg har ett lite annat upplägg än QMRA-verktyget och kan ses som ett komplement till detta. En översiktlig beskrivning av likheter och skillnader illustreras i figur 2 nedan.

Översiktlig beskrivning av likheter och skillnader, MBA och QMRA.