Matematiska metoder viktigare än föroreningar?

Forskarna Newton och McClary ger en översiktsbild av problemet med mikroorganismer i städernas avloppsvatten och mikroorganismernas miljöpåverkan när de återförs till naturliga vattenekosystem som sjöar och vattendrag. Magnus Olofsson, medicine doktor, går på djupet med forskarnas nyutkomna artikel.

I en nyutkommen artikel med titeln ”The flux and impact of waste water infrastructure microorganisms on human and ecosystem health”, publicerad 2019 i den vetenskapliga tidskriften Current Opinion in Biotechnology, ger forskarna Newton och McClary en översiktsbild av problemet med mikroorganismer i städernas avloppsvatten och mikroorganismernas miljöpåverkan när de återförs till naturliga vattenekosystem (natural aquatic ecosystems) som sjöar och vattendrag.

För en tekniker är termen ”avloppsvatten” en mer generell term än det man tänker på när man använder ordet i dagligt tal. I teknisk mening är avloppsvatten (waste water) ett samlingsbegrepp för allt vatten som uppstår när vatten utsätts för mänsklig påverkan. I begreppet avloppsvatten ingår spillvatten (från bostäder), dagvatten (från regn och snösmältning) och dräneringsvatten (från diken).

I Newtons och McClarys artikel använder man dessutom begreppen stormvatten (storm water) och översvämningsvatten (sewage overflow) för att beteckna vatten som uppstår när systemen för avledning av avloppsvatten svämmar över och vattnet tar en annan väg än den avsedda.

Det finns flera skäl till att städernas avloppsvatten är ett stort miljöproblem – somliga skäl är lätta att förstå, medan andra kräver mer eftertanke.

Till de lätt insedda problemen hör att det handlar om så enorma mängder vatten. Man beräknar att reningsverken i USA hanterar mer än 100 miljarder liter vatten om dagen. Till problembilden hör också att med dagens urbaniseringstakt kommer mer än 60 procent av mänskligheten att vara bosatta i
städer år 2030.

Det är också lätt att inse att städernas avloppsvatten skiljer sig från landsbygdens i och med att städernas konstgjorda, ogenomträngliga ytor (asfalt och betong), i kombination med konstgjorda avloppsledningar, gör att vattnet rinner ”åt sidan” istället för rakt ner i marken. På så sätt koncentreras städernas avloppsvatten till vissa platser på ett sätt som inte sker vid naturlig vattenavrinning.

Till de mer svårförståeliga problemen hör att det inte är tekniskt möjligt att rena allt avloppsvatten innan det återförs till naturen. Man beräknar att drygt 7 procent av allt avloppsvatten i USA aldrig når något reningsverk. Av det avloppsvatten som renas, är det inte heller tekniskt möjligt att rena vattnet från exakt alla föroreningar. Även under goda betingelser kan ett reningsverk som mest ta bort 90 procent av alla mikroorganismer som bakterier och virus.

Här har också debatten om behovet av att renovera gamla avloppsledningar tagit ny fart, eftersom man kan visa att avloppsrören i sig själva utgör grogrund för bakteriell växt och att avloppsrören kan förändra innehållet av bakterier i det vatten de avleder. Det finns olika modeller för att undersöka halterna av mikroorganismer i naturliga vattenekosystem. På senare tid har man emellertid ifrågasatt den annars vanliga metoden att använda avföringsbakterier (fecal indicator bacteria, FIB) som bakteriell signatur. Avföringsbakterier är nämligen inte specifika för människor, utan finns i alla varmblodiga organismers avföring. I modern forskning försöker man därför frångå bakteriella signaturer och istället använda mer specifika, genetiska signaturer.

De genetiska signaturerna kan modelleras på ett sådant sätt att de med större sannolikhet spårar de utsläpp som har människan som källa (source tracking). Hit hör exempelvis forskning som indirekt mäter halterna av antibiotikaresistenta bakterier i avloppsvatten genom att mäta halterna av deras resistensgener.

Eftersom det inte är realistiskt att rena allt avloppsvatten, behövs nya modeller för hur man mäter halterna av mikroorganismer i naturliga vattenekosystem, och i förlängningen också hur man mäter verkningsgraden hos reningsverken. Problemet med antibiotikaresistenta bakterier i avloppsvatten illustreras i en översiktsartikel med titeln ”Toward a comprehensive strategy to mitigate dissemination of environmental sources of antibiotic resistance”, publicerad 2017 i den vetenskapliga tidskriften Environmental Science & Technology.

I den slår forskaren Vikesland fast att det behövs nya metoder för att utveckla den bakteriella genetiken mer inom de aspekter av resistensforskningen som handlar om antibiotikaresistens i naturen.
Newton och McClary å sin sida, argumenterar för att den viktigaste uppgiften i nuläget är att arbeta fram matematiska metoder som kan förutsäga var föroreningarna kommer att hamna, istället för att enbart reagera på föroreningarna när de redan har skett.