Mätning del 2

Stig Morling
”Vad Du ej klart kan mäta vet Du ej” (en travesti på biskop Esaias
Tegnér)

I det följande låter jag drängen Mats i Himlaspelet kommentera några ”missar” i samband med
den nödvändiga användningen av mätkonsten med frågan: ”Du Gud, är det riktigt säkert?”.
Denna fråga är enligt mitt förmenande en utomordentligt viktig vetenskaplig fråga. I de följande
raderna får dessa exempel åtföljas av de tidigare ställda frågorna om resultatkontrollens (o-) säkerhet:

VAR- NÄR-HUR-VARFÖR?

Vi början med en berättelse ur verkligheten från de svenska rekordårens tid.
”Om att jämföra äpplen med päron”

År 1973 togs Rättviks avloppsreningsverk (Lerdalsverket) i drift med både biologisk och kemisk
rening av vattnet. Utsläppsvärdena var låga, ja mycket låga. Särskilt var utgående fosforhalter
låga, ofta närmare 0,1 än 0,2 mg P/l, medan tillåten halt var 0,5 mg P/l. På den tiden ställdes
också krav på en procentuell reduktion av föroreningarna, och borde vara >90 %!

En dag ringer länsstyrelsens miljöhandläggare mig och påpekar att anläggningen ”går dåligt”.
Jag undrar, hur? Jo, den procentuella reduktionen är långt under 70 %! Mycket märkligt, utgående
halter var ju långt under tillståndsnivån? ”Hur kunde det då bildas slam i reningsprocessen
om den inte fungerade?”, frågade jag. ”Jo, men det här är inte bra! ”

Jag tog kontakt med den mycket nitiske skötaren Wille Daniels, som var en av de mest perfektionistiska
reningsverksföreståndare jag haft nöjet att möta. Jag frågade honom om hur det
var med provtagningen på inkommande vatten (denna skedde normalt helt automatiserad)
”Den har aldrig fungerat, den sätter igen sig. Numera tar vi prov tidigt på morgonen (ca 07:00),
när vi kommer till verket.”

Med andra ord, inkommande vattenprov representerade ”nattens gärningar” i Rättvik och
Vikarbyn. Det var således i stort sett bara inläckande vatten som provtogs och analyserades,
och resultatet jämfördes sedan med utgående, behandlat vatten. Detta var provtaget på ”normalt
sätt”, alltså̊ ett flödesproportionellt dygnsprov! Således ett klassiskt exempel på att vad
som kallas att ”jämföra äpplen med päron” och Mats skulle nog få svaret, ”Nej, det var inte alls
säkert!” Ett förtydligande: Situationen bröt tydligt mot kravet på frågan NÄR? Men också på
kravet på HUR – ett stickprov jämförs med ett flödesproportionellt prov. Och slutligen VARFÖR?
– en kommentar till situationen utan att en kritisk begrundan hade skett av ”vad resultatet
innebar”!!

Det andra exemplet rån början av 2000-talet hämtas frän myndighetsutövningen inom VAsektorn:

Alkemistens återkomst

I samband med en miljöprövning av en biologisk reningsanläggning (en aktivtslamanläggning)
blev myndigheten bekymrad över, att tungmetallhalterna ut från reningsanläggningen var
högre än inkommande halter. Det bör understrykas i sammanhanget, att inga tillsatskemikalier
med tungmetaller användes vid driften av anläggningen. Bekymret baserades på en enda
observation på inkommande vatten och en på utgående, behandlat vatten. Att provtagning
(och analys) av inkommande och utgående vatten inte på någon vis var relaterade i tid syntes
vara mindre intressant (eller förbisett) för bedömningen. Att hela oron baserades på endast ett
provtagningstillfälle gör saken än värre. Från statistisk synpunkt torde ett absolut minimum av
åtminstone att tio olika, och oberoende observationstillfällen vara ett oavvisligt krav för ett
någorlunda säkert uttalande om sakernas tillstånd skall kunna göras!

Elementär kunskap, som borde förmedlas vid våra skolor är, att alkemin hör hemma i önsketänkandets
värld, och att en relevant kunskap i statistik borde ge vid handen att ett flertal (oberoende)
observationer krävs för att dra rimliga slutsatser! Mats fråga »Är det säkert?» – kan i
detta fall besvaras med: ”Nej det är inte bara osäkert, det är orimligt!” Så återigen: Ett klart
brott mot frågan NÄR – inte tidsmässigt jämförbara prover, HUR skedde utvärderingen, som
måste också ses som otillfredsställande! Och slutligen, VARFÖR använda endast en observation
på inkommande respektive utgående vatten?

Mätningen underställd politiken

Max-GVB – Vad är det?
En uppdaterad undran om hur en byråkrati hanterar frågan om belastning på kommunala
avloppsreningsverk, samt frånvaron om en god möjlighet att använda säkra
mätvärden. Följande rader är en uppdatering av mina frågor från 2016 publicerade i
tidskriften ”Cirkulation”.

Svenska VA-huvudmän fick ställa sig frågan hur man skall besvara en uppmaning från
EU: Vilken Maximal Genomsnittlig Veckobelastning (Max-GVB) har de kommunala
avloppsreningsverken inom ert verksamhetsområde haft under driftåret 2014? På
drygt en vecka, skulle svar levereras till Naturvårdsverket (NV).

Det fanns och finns fortfarande stor anledning att ställa Luthers gamla katekesfråga:
”Vad är det?” Den ursprungligen presenterade vägledningen från NV gav dessvärre
ingen fördjupad förståelse av begreppet. Tvärt om har kommuner ställt frågan: ”Hur
skall vi svara?” Så låt oss först studera frågan ”Max-GVB, vad är det?” Detta kräver
dock en insikt i att vi rör oss med statistiska begrepp:

# För det första innebär ordet i sammanhanget ”maximal” per definition ett högsta
värde i en serie observationer.
# För det andra innebär ”genomsnittlig” ett (rimligen) aritmetiskt medelvärde av ett antal
observationer.
# Med ”Veckobelastning” avses en observationstid över 7 dygn, antagligen måndag –
söndag, och flödesproportionella prover uttagna varje dygn.

En andra huvudfråga gäller vad som kallas personekvivalent (PE). Enligt anvisningar
från EU, avloppsdirektiv 91/271/EEG, är 1 PE = 60 g BOD5/d (i Sverige: 70 g BOD7/d).
Denna utgångsdefinition gäller fortfarande år 2021. Max-GVB skall beräknas som en
belastning på ett avloppsreningsverk och uttryckas som PE, och baseras på dygnsprovtagning
och analys av BOD7. Därefter skall analysvärdet multipliceras med tillhörande
dygnsflöde.

Så här långt kan vi konstatera att det hela ”på ytan” är en korrekt hantering. Men nu
uppstår följdproblem. Ett problem hänger ihop med antalet prover per tidsperiod. För
anläggningar med en dimensionering om <2 000 PE skall antalet flödesproportionella
dygnsprover på inkommande avloppsvatten vara 4 ggr/år. Numer är så små anläggningar möjligen undantagna från redovisningsskyldigheten. Antalet krävda prov ökar
vid större dimensionerande belastning.

Exempelvis har Gonäs avloppsreningsverk, Ludvika kommun, ett formellt krav på provtagning
varannan vecka på inkommande vatten. Anläggningens kapacitet är enligt
gällande tillstånd ca 80 000 PE. För inget avloppsreningsverk inom detta storleksintervall
(> 2 000 till 80 000 PE) kan ett meningsfullt Max-GVB beräknas. I praktiken
krävs ett flödesrelaterat dygnsprov per dygn varje dygn hela året om ett användbart
värde skall kunna redovisas. En professionell statistiker skulle förmodligen
vilja ställa ytterligare flera kritiska frågor, exempelvis: Hur relevant är ett aritmetiskt
medelvärde av så få observationer som 7?

Begreppet PE är av gammalt datum. Den togs fram i planeringen av avloppsreningsverk
under mitten av 1900-talet, framför allt för städer. PE kom då att omfatta inte
bara fast boende, fysiska personer, utan också en andel av anslutna allmänna inrättningar
inom verksamhetsområdet, som sjukhus, skolor, offentliga inrättningar,
kontor etc. En PE är kanske relevant för en större stad, men för mindre tätorter blir en
sammanblandning av en fysisk person med en PE gravt missvisande.

Fel använda rapporter riskerar att alla parter, verksamhetsutövare och tillsynsmyndigheter,
drar felaktiga och förhastade slutsatser. Frågan är: Skall vi använda en
osäker variabel som BOD7 som bas för viktiga miljöinvesteringsbeslut? I sammanhanget
kan det vara värt att påminna om att analysoäkerheten i en enskild BOD-analys
är enligt vissa ackrediterade laboratorier +/- 30%.

Från svensk sida kan det därför vara minst sagt egenartat, att anvisningen från Naturvårdsverket
anger att fosfor inte skall ingå i en redovisning av ”Max-MGV”.

Att fosfor och kväveutsläpp utgör de väsentliga miljöhoten i våra vattendrag har de
senaste årens debatt om bland annat Östersjöns status bekräftat. Oavsett vilket av
näringssalterna fosfor eller kväve som är begränsande i en given recipient, kan det
vara nyttigt att reflektera över formeln för ”OCP” (Oxygen Consumption Potential) som
formulerats av professor Halvard Ödegaard, vid NTH (1995):

OCP = 1* BOD + 4 * Nprimär + 14 * Nsekundär + 100 * Psekundär, där
OCP = den totala syreförbrukningen i ett akvatiskt system.
BOD = den biokemiska syreförbrukningen, dess bidrag är per definition =1.
Nprimär = syreförbrukningen på grund av kvävets oxidation till nitrat.
Nsekundär = den sekundära syreförbrukningen orsakad av kvävetillgången genom algbildning
och algernas syrekonsumtion;
Psekundär = den sekundära syreförbrukningen orsakad av fosfortillgången genom algbildning
och algernas syrekonsumtion.

Med andra ord: Kväve och fosfor är potentiellt sett 18 respektive 100 ggr så viktigt som
BOD att reducera i ett utsläpp, om vi skall tro OCP-formeln.

Sverige har under drygt 50 år haft en övertygelse om att fosforutsläppen skall begränsas
med åtminstone >90 %, sannolikt framöver >95 %. Analysosäkerheten i en enskild
fosforanalys är enligt ackrediterade laboratorier +/- 10%. Med andra ord, använd fosfor
som grund för en bedömning av en verklig belastning på våra anläggningar! Om
reningsverk med en viss minsta dimensionerande belastning förses med en kontinuerlig
on-line fosformätare kan detta ge en grund för att beräkna den verkliga fosforbelastningen
i princip varje dygn, hela året. Därtill blir det möjligt att styra av den nödvändiga
kemikaliedoseringen för fosforreduktionen. Vad som krävs är att definiera hur
en ”person-ekvivalent” kan uttryckas som g tot P/PE/d.

Naturvårdsverket har haft regelbundna kurser och uppföljningar av hur detta med
”Max-MGV” skall både identifieras och rapporteras. I en redovisning av resultat för
genomgångna anläggningar som presenterats för perioden 2018–2020 har följande
konstaterats:

Resultat
• Bristande flödesmätning i ca 30 % av fallen (60 ARV)
• Bristande provtagning i ca 50 % av fallen (105 ARV)

Flödesmätning
Nå vad bestod bristerna i när det gäller flödesmätning?
• Avsaknad av rutiner
• Mätare saknades
• Felplacerade mätare

Provtagning
Nå vad bestod bristerna i när det gäller provtagning?
• Bristande dokumentation
• Ej rengjord utrustning
• Inkorrekt förvaring vid transport
• Bristande hantering av provtagningsschema
• Ej flödesproportionerlig provtagning
• Bristande kylning
• Saknar relevant kunskap

Sammanfattande frågor:
1. Vad skall ”Max-GVB” användas till?

2. Den föreslagna metoden att bedöma antalet anslutna personer, ofta feltolkade som
PE, innebär i långa stycken att man snarast ger upp mätningar av föroreningar som en
grundläggande kunskapskälla.

3. Det vore värt att noga överväga om inte fosfor långt bättre beskriver belastningssituationen.

Kommentar: Varför återger jag denna berättelse:
1. Trots vissa förklarande instruktioner från NV, visar som jag ser detta ett
typexempel på att välja ett krav inom en ”EU-koncensusram” och därmed något
som passar politiskt, men knappast till en verklig båtnad för vår vattenmiljö!
2. Det är minst sagt märkligt att Sverige efter mer än 50 års aktivt vattenvårdsarbete
inom kommunal avloppsvattenrening fortfarande uppvisar så omfattande
brister i tillsyn och kontroll som sammanfattats av Naturvårdsverket!
3. En synnerligen allvarlig fråga dyker upp: Tänk om detta perspektiv gäller även
för andra långt mer komplexa tillstånd, såsom klimatet?!

Att lita till modeller
En snarast klassisk nödvändighet för att kunna bygga ett hus – eller i stort sett vad som helst
med mer komplicerade delar är goda kunskaper i ett flertal tillämpade naturvetenskaper. Detta
brukar baseras på olika beräkningsmodeller. Allt som oftast ingår ett antal så kallade ”Default
values”, alltså förvalda värden. Något förenklat: Ju mer komplicerad konstruktion, desto fler
förvalda värden. Nå hur kan en beräkningsmodell utvärderas: Jo, via empiri! Alltså via relevanta
mätningar och utvärderingar, eller med hjälp av verifierade erfarenhetsvärden.

Men en blid tilltro till svar från modeller kan ibland bli tokig! Då krävs en Mats i Himlaspelet
som ställer frågan ”Är det riktigt säkert?” Så låt mig berätta en historia ur verkligheten! För
knappt två decennier sedan hade vi ett uppdrag för staden Rostov on Don. Uppdraget avsåg
en förbättring av den befintliga reningsanläggningen för staden.

I arbetet ingick bland annat att förbättra fosforreduktionen vid anläggningen. Gott och väl, som
beskrivet ovan hade vi med oss en synnerligen omfattande erfarenhet av ”hur man gör”. Mer
än 1 500 svenska anläggningar hade vid det laget genomfört mycket framgångsrik
fosforrening. Nu ville beställaren gärna se designen vidimerad med en teoretisk modell. Sagt
och gjort! En inköpt beräkningsmodell, ”sprillans ny” anlitades. Vår mycket smarte kollega –
väl kunnig i modellering – tog sig an det hela. Han rapporterade: ”Modellen säger att det blir
sämre efter våra föreslagna förbättringar!” Jaha, så våra anläggningar med motsvarande
processer ”fungerar inte??” Nu var denne kollega en tänkande August, och han genomförde
en kritisk granskning av modellen. Han kunde snabbt rapportera, att modellen inte tog hänsyn
till de processbetingelser vi använde. Han var tvungen att antingen modifiera modellen, eller
kontrollera en konkurrerande modell! Jodå, efter en kritisk granskning kunde vi konstatera likt
den kloke orienteraren: ”Följ terrängen, inte kartan!”

Konklusioner:
Tre komponenter bör vara ledstjärnor: Nyfikenhet, Noggrannhet i analysen av fakta och en
Kritisk hållning till så kallade övertalningsargument från konsensuskrävande beslutshavare
(Förliten eder inte på falska profeter (modeller)!

Låt mig sluta med några kloka män som förtjänar att alltjämt lyssna till.

• Tidigare nämnd är H. S. Nyberg, se föregående avsnitt om vad som är gott
vetenskapligt arbete.
• Professorn i fysik i Cambridge, Figur 1 C. P. Snow, som varnade för bristen
på den nödvändiga förståelsen mellan de två kulturerna, ”The Two Cultures”
(1959).

Figur 1 C. P. Snow, professor i fysik vid Cambridge universitet

• Franciskanermunken från 1300-talet, Figur 2 William av Ockham, en känd
empirist, som så småningom fick tillägget: ”Williams rakkniv”. En företrädare
av den stränga empirismen.

Figur 2 William av Ockham, känd franciskanermunk och filosof från 14e
århundradet.

• Professorn i fysik och nobelpristagare 1978, Figur 3 Pjotr Kapitsa, som fick
frågan om vad som är den största miljöföroreningen i samtalet ”Snillen
spekulerar”. Han svarade: ”I think it is the brain pollution!”

Figur 3. Pjotr Kapitsa, rysk professor i fysik och nobelpristagare 1978. Vid det årliga ”snillen spekulerar” 1978 ställde Bengt Feldreich frågan vad är enligt er den allvarligaste miljöfrågan? De övriga snillena hade olika fysiska förslag. Men Pjotr sade ”I think it is the brain pollution” – det vill säga en kraftig överbelastning med information av de nya studenterna varje år vid hans universitet i Moskva.

+9