Internetowy system monitorowania i wczesnego ostrzegania o skażeniu bakteryjnym w publicznych wodach powierzchniowych w Bredzie (Holandia)

W ostatnich latach kilka państw UE doświadczyło gorętszych niż zwykle lat, a jednocześnie intensywne letnie opady deszczu spustoszyły kilka obszarów (np. prowadząc do powodzi w Niemczech i Belgii w lipcu 2021 r., w Słowenii w sierpniu 2023 r., w Grecji, Bułgarii i Turcji we wrześniu 2023 r.). Podczas fal upałów ludzie gromadzą się nad jeziorami, brzegami rzek i innymi wodami powierzchniowymi, aby się ochłodzić. Częstsze i intensywniejsze ekstremalne opady deszczu i powodzie, wywołane zmianą klimatu, mogą przelewać się przez kanały ściekowe i infrastrukturę, taką jak systemy picia i oczyszczania ścieków. Zlewnia i zatory w infrastrukturze kanalizacyjnej powodują, że nieoczyszczona woda i ścieki trafiają do publicznych systemów wodociągowych, wpływając na wodę pitną lub obszary rekreacyjne. Może to narazić społeczeństwo na szkodliwe mikroorganizmy, które stanowią zagrożenie dla zdrowia związane z chorobami przewodu pokarmowego, świądem lub innymi chorobami. Konieczne jest szybkie wykrycie zanieczyszczenia kałem (przez obecność enterokoków i bakterii E. coli wytwarzających toksyny), co jest silnym wskaźnikiem możliwej obecności kilku patogenów (w tym wirusów, bakterii, pasożytów) i poinformowanie społeczeństwa, czy można bezpiecznie pływać w określonych obszarach.

W Bredzie ludzie szukają chłodzenia w gorące letnie dni w pobliżu wód powierzchniowych gminy (takich jak kanały De Singel, Waterakkers lub plaża Belcrum), które nie mogą stać się oficjalnymi wodami w kąpieliskach ze względu na bliskość przelewów kanalizacyjnych i gruntów rolnych. Organ Bredy jest jednak odpowiedzialny za zdrowie publiczne i ma na celu informowanie społeczeństwa o jakości wody w wodach powierzchniowych w wiarygodny i skuteczny sposób.

Mikrobiologiczne metody oceny jakości wody od dawna polegają na pobieraniu próbek i oznaczaniu ilościowym mikroorganizmów z próbki kultury. Biorąc pod uwagę niską częstotliwość pobierania próbek (1x/tydzień) i długi czas przetwarzania próbek, ludzie mogli już być narażeni na zanieczyszczoną wodę i zostać zakażeni do czasu uzyskania wyników. Ewentualnie zapobiegawcze ograniczenie dostępu do potencjalnie zanieczyszczonej wody rekreacyjnej w oczekiwaniu na wyniki pobierania próbek może niepotrzebnie utrudnić społeczeństwu chłodzenie.

Ogólnym celem monitorowania enzymów online i wczesnego ostrzegania w Bredzie jest monitorowanie jakości mikrobiologicznej wód otwartych i łagodzenie negatywnego wpływu na zdrowie z powodu pogorszenia jakości wody. Dokładniej rzecz ujmując, obejmuje to:

• poprawa, przyspieszenie i umożliwienie częstszego wykrywania incydentów pogarszających jakość wody mikrobiologicznej;
• skrócenie czasu między zanieczyszczeniem a reakcją;
• Informowanie / ostrzeganie organów publicznych i społeczeństwa o jakości wody i środkach ograniczających.
  > <br>
  > <br>

Miasto Breda udostępnia aktualne informacje na temat jakości wód powierzchniowych, które są często wykorzystywane przez ludność do rekreacji. Mapy wizualizują informacje o sygnalizacji świetlnej w oparciu o normy jakości wody w kąpieliskach określone w dyrektywie w sprawie jakości wody w kąpieliskach, tj. zielone dla jakości wody spełniającej normy w oficjalnych wodach kąpielowych[1]; pomarańczowy dla jakości wody spełniającej normy w nieurzędowych wodach kąpielowych; czerwony dla jakości wód powierzchniowych poniżej norm, co stanowi zagrożenie dla zdrowia. Aby umożliwić szybką i skuteczną ocenę jakości wody, miasto Breda korzysta z internetowego systemu monitorowania enzymów BACTcontrol[2]. Umożliwia wczesne wykrywanie pogorszenia jakości mikrobiologicznej wody, umożliwiając działania zapobiegawcze i wczesne ostrzeganie w celu utrzymania jakości mikrobiologicznej wody i ochrony zdrowia publicznego.

Czujnik BACTcontrol stale pobiera próbki z wody i analizuje je na miejscu pod kątem obecności i aktywności specyficznych enzymów E. coli, bakterii z grupy coli, enterokoków i ogólnie bakterii jako wskaźnika obecności zanieczyszczenia bakteryjnego. System przesyła zmierzone dane online na platformę danych, gdzie lokalne władze miejskie mogą konsultować, przeglądać i tłumaczyć informacje. Jeżeli stężenia progowe zostaną przekroczone, powiadomienia ostrzegawcze i zmienione informacje o sygnalizacji świetlnej są wymieniane ze społeczeństwem za pośrednictwem ogólnodostępnej strony internetowej. Jeżeli stężenia drobnoustrojów zmniejszą się i ponownie spełnią normy jakości wody w kąpieliskach, system umożliwia szybkie usunięcie komunikatu ostrzegawczego skierowanego do ogółu społeczeństwa. Fizyczne pobieranie próbek wody oraz analiza laboratoryjna lub mobilna uzupełniają internetowy system monitorowania enzymów po wysłaniu przez niego komunikatu ostrzegawczego w celu dalszego zbadania i oceny zanieczyszczenia.

[1] Ponieważ nie ma wód powierzchniowych, które mogą stać się oficjalnymi wodami kąpielowymi w mieście, zielone światło nie jest przypisane w Bredzie.

[2] Wyprodukowany przez microLAN, Holandia

We wdrażanie systemu monitorowania jakości wody i wczesnego ostrzegania zaangażowanych jest kilka zainteresowanych stron, w tym organy publiczne zajmujące się gospodarką wodną, zdrowiem publicznym i rekreacją, organy regulacyjne na szczeblu lokalnym (tj. na szczeblu miasta) i krajowym, a także zainteresowane strony z sektora badań naukowych i sektora prywatnego. Za gromadzenie danych odpowiada regionalny organ ds. gospodarki wodnej (Waterschap Brabantse Delta)we współpracy z Aquon, natomiast miasto Breda koncentruje się na przetwarzaniu i ujawnianiu danych. Podczas gdy technologia BACTcontrol została opracowana przez prywatną firmę microLAN, a plan pomiarowy przez prywatną firmę Partners4Urbanwater, zaangażowanie organów ds. gospodarki wodnej i zdrowia publicznego w mieście Breda[1] przyczyniło się do pomyślnego opracowania i wdrożenia zintegrowanego systemu operacyjnego.

[1] System został również wdrożony i przetestowany w innych miastach, w tym w Amsterdamie (Holandia)

System BACTcontrol pozwala na szybką analizę (1-2 godziny) i wymaga ograniczonej pracy ręcznej, którą można przeprowadzić w miejscu pobierania próbek w przeciwieństwie do konwencjonalnych metod mikrobiologicznych wymagających hodowli laboratoryjnych (24-48 godzin). Powoduje to wysyłanie niemal w czasie rzeczywistym komunikatów ostrzegawczych w przypadku zanieczyszczenia, co przyczynia się do zapobiegania zagrożeniom dla zdrowia.

System kosztuje około 85 000 EUR rocznie. Obejmuje to roczny koszt eksploatacji czujnika BactControl w okresie od maja do września (sezon kąpielowy) w wysokości około 30 000 EUR. Wymagane pobieranie próbek laboratoryjnych i analiza pod kątem zanieczyszczenia mikrobiologicznego uzupełniające pomiary enzymatyczne in situ kosztują około 20 000 EUR rocznie. Roczne koszty zarządzania ogólnodostępną stroną internetową z komunikatami ostrzegawczymi i informacjami na temat jakości wody wynoszą do 10 000 EUR, natomiast kolejne 25 000 EUR należy przeznaczyć na analizę danych, działania następcze i instrukcje robocze.

Na poziomie makro szybkość i dostępność monitorowania online i wczesnego ostrzegania o skażeniu bakteryjnym w wodach publicznych zapobiega znacznym kosztom społecznym i środowiskowym poprzez ochronę zdrowia publicznego przed chorobami przenoszonymi przez wodę. Internetowy system monitorowania zapewnia organom publicznym stały wgląd w jakość wody w wodach powierzchniowych, co pozwala im na wydawanie aktualnych komunikatów o ociepleniu. Oczekuje się, że zmiana klimatu zwiększy częstotliwość incydentów zagrażających jakości wód powierzchniowych, tak aby organy zdrowia publicznego, przedsiębiorstwa wodociągowe, gminy i zarządcy rekreacji mogli zapobiec znacznym kosztom społecznym i środowiskowym, przygotowując się do szybkiego wykrywania zagrożeń mikrobiologicznych i reagowania na problemy z jakością wody.

Obowiązujące przepisy, takie jak europejska dyrektywa w sprawie jakości wody w kąpieliskach, regulują jakość wody w wodach rekreacyjnych. Ponieważ monitorowanie enzymów w internecie jest rozwijającą się technologią, nie jest ono obecnie regulowane ani wymagane na mocy istniejących ram regulacyjnych dotyczących wód w kąpieliskach.

Zakończenie testów i walidacji systemu monitorowania enzymów i wczesnego ostrzegania trwa kilka miesięcy.

W przyszłości internetowy system monitorowania i wczesnego ostrzegania pozostanie bardzo istotny dla zainteresowanych stron zaangażowanych w gospodarkę wodną i zdrowie publiczne. Biorąc pod uwagę ocieplenie i przewidywany wzrost liczby powodzi, organy odpowiedzialne za zarządzanie jakością wód powierzchniowych będą w coraz większym stopniu polegać na narzędziach monitorowania w celu zarządzania zanieczyszczeniem mikrobiologicznym i systemach wczesnego ostrzegania w celu ochrony zdrowia ludzkiego. Dokładniej rzecz ujmując, czujnik BACTcontrol został opracowany tak, aby wymagał ograniczonej konserwacji i działał bez nadzoru przez kilka miesięcy. Powiązany portal, który wydaje system wczesnego ostrzegania dla ogółu społeczeństwa, wymaga regularnych aktualizacji.

Bas Hoefeijzers, adviseur stedelijk water- en klimaatadaptatiebeleid, baj.hoefeijzers@breda.nl

Jeroen Langeveld, Consultant at Partners4UrbanWater, Jeroen.langeveld@urbanwater.nl

Joep Appels and Jesse Smit, microLAN, joep.appels@microlan.nl, jesse.smit@microlan.nl