Vandkvalitet

Vandkvalitetens kompleksitet som emne afspejles i de mange typer af målinger af vandkvalitetsindikatorer. Nogle målinger af vandkvaliteten foretages mest nøjagtigt på stedet, fordi vand eksisterer i ligevægt med sine omgivelser. Målinger, der almindeligvis foretages på stedet og i direkte kontakt med den pågældende vandkilde, omfatter temperatur, pH, opløst ilt, ledningsevne, iltreduktionspotentiale (ORP), turbiditet og Secchi diskdybde.

PrøveudtagningRediger

En automatiseret prøvetagningsstation installeret langs East Branch Milwaukee River, New Fane, Wisconsin. Dækslet på den automatiske prøvetagningsstation med 24 flasker (i midten) er delvist løftet, så man kan se prøveflaskerne indeni. Autosampleren var programmeret til at indsamle prøver med tidsintervaller eller proportionalt med strømmen i en bestemt periode. Dataloggeren (hvidt kabinet) registrerede temperatur, specifik konduktans og niveauer af opløst ilt.

Mere komplekse målinger foretages ofte i et laboratorium, hvilket kræver, at en vandprøve skal indsamles, opbevares, transporteres og analyseres et andet sted. Processen med vandprøvetagning introducerer to væsentlige problemer:

• Det første problem er, i hvilket omfang prøven kan være repræsentativ for den vandkilde, der er af interesse. Vandkilderne varierer med tiden og med stedet. Den interessante måling kan variere efter årstiden eller fra dag til nat eller som reaktion på en menneskelig aktivitet eller naturlige populationer af vandplanter og vanddyr. Den pågældende måling kan variere med afstanden fra vandgrænsen til den overliggende atmosfære og den underliggende eller indesluttende jordbund. Prøvetageren skal afgøre, om et enkelt tidspunkt og sted opfylder undersøgelsens behov, eller om den pågældende vandanvendelse kan vurderes tilfredsstillende ved hjælp af gennemsnitsværdier af prøvetagning over tid og sted, eller om kritiske maksima og minima kræver individuelle målinger over en række tidspunkter, steder eller begivenheder. Proceduren for prøveudtagning skal sikre korrekt vægtning af de enkelte prøveudtagningstidspunkter og -steder, hvor det er hensigtsmæssigt at beregne et gennemsnit:39-40 Hvis der findes kritiske maksimums- eller minimumsværdier, skal der anvendes statistiske metoder på den observerede variation for at bestemme et tilstrækkeligt antal prøver til at vurdere sandsynligheden for at overskride disse kritiske værdier.
• Det andet problem opstår, når prøven fjernes fra vandkilden og begynder at etablere kemisk ligevægt med sine nye omgivelser – prøvebeholderen. Prøvebeholderne skal være fremstillet af materialer med minimal reaktivitet med de stoffer, der skal måles, og det er vigtigt, at prøvebeholderne rengøres på forhånd. Vandprøven kan opløse en del af prøvebeholderen og eventuelle rester på denne beholder, og kemikalier, der er opløst i vandprøven, kan sorbere på prøvebeholderen og forblive der, når vandet hældes ud til analyse:4 Lignende fysiske og kemiske interaktioner kan finde sted med pumper, rørledninger eller andre mellemliggende anordninger, der anvendes til at overføre vandprøven til prøvebeholderen. Vand, der opsamles fra dybder under overfladen, vil normalt blive holdt under atmosfærens reducerede tryk, så gas, der er opløst i vandet, vil samle sig i toppen af beholderen. Atmosfærisk gas over vandet kan også opløses i vandprøven. Andre kemiske reaktionsligevægte kan ændre sig, hvis vandprøven ændrer temperatur. Fint opdelte faste partikler, der tidligere var suspenderet af vandets turbulens, kan bundfælde sig i bunden af prøvebeholderen, eller der kan dannes en fast fase som følge af biologisk vækst eller kemisk udfældning. Mikroorganismer i vandprøven kan biokemisk ændre koncentrationerne af ilt, kuldioxid og organiske forbindelser. Ændrede kuldioxidkoncentrationer kan ændre pH-værdien og ændre opløseligheden af de relevante kemikalier. Disse problemer er af særlig betydning ved måling af kemikalier, der antages at være signifikante ved meget lave koncentrationer.

Filtrering af en manuelt indsamlet vandprøve (grab-prøve) til analyse

Prøvekonservering kan delvist løse det andet problem. En almindelig procedure er at holde prøverne kolde for at bremse hastigheden af kemiske reaktioner og faseændringer og analysere prøven så hurtigt som muligt; men dette minimerer blot ændringerne snarere end at forhindre dem. 43-45 En nyttig procedure til bestemmelse af prøvebeholderes indflydelse under forsinkelse mellem prøveudtagning og analyse indebærer forberedelse til to kunstige prøver forud for prøveudtagningen. Den ene prøvebeholder fyldes med vand, som man fra tidligere analyser ved, at det ikke indeholder nogen påviselig mængde af det pågældende kemikalie. Denne prøve, der kaldes en “blindprøve”, åbnes for at blive udsat for atmosfæren, når den pågældende prøve indsamles, hvorefter den forsegles igen og transporteres til laboratoriet sammen med prøven til analyse for at afgøre, om der ved prøveudtagning eller opbevaringsprocedurer er tilført en målbar mængde af det pågældende kemikalie. Den anden kunstige prøve indsamles sammen med den pågældende prøve, men “spikes” derefter med en yderligere målt mængde af det pågældende kemikalie på indsamlingstidspunktet. Blankprøven (negativ kontrol) og den tilsatte prøve (positiv kontrol) transporteres sammen med den pågældende prøve og analyseres efter de samme metoder på de samme tidspunkter for at bestemme eventuelle ændringer, der indikerer gevinster eller tab i løbet af den tid, der er gået mellem indsamling og analyse.

Test som reaktion på naturkatastrofer og andre nødsituationerRediger

Test af vand i Den Mexicanske Golf efter olieudslippet fra Deepwater Horizon

Efter begivenheder som jordskælv og tsunamier, er der en øjeblikkelig reaktion fra hjælpeorganisationerne, når nødhjælpsoperationer sættes i gang for at forsøge at genoprette den grundlæggende infrastruktur og levere de grundlæggende basale ting, der er nødvendige for at overleve og efterfølgende genopretning. Truslen om sygdom stiger enormt på grund af det store antal mennesker, der lever tæt sammen, ofte under kummerlige forhold og uden ordentlige sanitære forhold.

Efter en naturkatastrofe er der, hvad angår testning af vandkvaliteten, udbredte meninger om, hvad der er den bedste fremgangsmåde, og der kan anvendes en række forskellige metoder. De vigtigste grundlæggende vandkvalitetsparametre, der skal undersøges i en nødsituation, er bakteriologiske indikatorer for fækal forurening, restkoncentration af frit klor, pH, turbiditet og eventuelt ledningsevne/total opløst tørstof. Der findes mange dekontamineringsmetoder.

Efter større naturkatastrofer kan der gå lang tid, før vandkvaliteten vender tilbage til det niveau, den havde før katastrofen. Efter tsunamien i Det Indiske Ocean i 2004 overvågede det internationale vandforvaltningsinstitut (IWMI) i Colombo f.eks. virkningerne af saltvand og konkluderede, at brøndene halvandet år efter hændelsen var kommet tilbage til drikkevandskvaliteten fra før tsunamien. IWMI udviklede protokoller for rensning af brønde, der er forurenet af saltvand; disse blev efterfølgende officielt godkendt af Verdenssundhedsorganisationen som en del af dens serie af retningslinjer for nødsituationer.

Kemisk analyseRediger

Et gaskromatograf-
massespektrometer måler pesticider og andre organiske forurenende stoffer

De enkleste metoder til kemisk analyse er de metoder, der måler kemiske elementer uden hensyn til deres form. Elementanalyse for ilt, som et eksempel, ville angive en koncentration på 890 g/L (gram pr. liter) af en vandprøve, fordi ilt (O) udgør 89 % af vandmolekylets (H2O) masse. Den metode, der vælges til måling af opløst ilt, bør skelne mellem diatomisk ilt og ilt kombineret med andre grundstoffer. Elementaranalysens komparative enkelhed har resulteret i en stor mængde prøvedata og vandkvalitetskriterier for grundstoffer, der undertiden identificeres som tungmetaller. Ved vandanalyser for tungmetaller skal der tages hensyn til jordpartikler, der er suspenderet i vandprøven. Disse suspenderede jordpartikler kan indeholde målelige mængder af metal. Selv om partiklerne ikke er opløst i vandet, kan de blive indtaget af de personer, der drikker vandet. Tilsætning af syre til en vandprøve for at forhindre tab af opløste metaller på prøvebeholderen kan opløse flere metaller fra suspenderede jordpartikler. Filtrering af jordpartikler fra vandprøven før tilsætning af syre kan imidlertid medføre tab af opløste metaller på filteret. Det er endnu mere kompliceret at skelne lignende organiske molekyler fra hinanden.

Atomfluorescensspektroskopi anvendes til måling af kviksølv og andre tungmetaller

Det kan være dyrt at foretage disse komplekse målinger. Da direkte målinger af vandkvaliteten kan være dyre, gennemføres der typisk løbende overvågningsprogrammer, og resultaterne offentliggøres af de offentlige myndigheder. Der er dog lokale frivillige programmer og ressourcer til rådighed til en vis generel vurdering. Værktøjer, der er tilgængelige for offentligheden, omfatter testkits på stedet, der almindeligvis anvendes til hjemmets akvarier, og biologiske vurderingsprocedurer.

Overvågning i realtidRediger

Selv om vandkvaliteten normalt prøvetages og analyseres på laboratorier, har der siden slutningen af det 20. århundrede været en stigende offentlig interesse for kvaliteten af drikkevand leveret af kommunale systemer. Mange vandforsyninger har udviklet systemer til at indsamle realtidsdata om kildevandskvaliteten. I begyndelsen af det 21. århundrede er der blevet anvendt en række sensorer og fjernovervågningssystemer til at måle vandets pH-værdi, turbiditet, opløst ilt og andre parametre. Der er også blevet udviklet nogle telemålingssystemer til overvågning af den omgivende vandkvalitet i flod-, flodmundings- og kystnære vandområder.

DrikkevandsindikatorerRediger

Der anvendes en elektrisk ledningsevne-måler til at måle det samlede antal opløste faste stoffer

Der følger en liste over indikatorer, der ofte måles efter situationsbestemt kategori:

• Alkalinitet
• Vandets farve
• pH
• Smag og lugt (geosmin, 2-Methylisoborneol (MIB) osv.)
• Opløste metaller og salte (natrium, chlorid, kalium, calcium, mangan, magnesium)
• Mikroorganismer såsom fækale colibakterier (Escherichia coli), Cryptosporidium og Giardia lamblia; se bakteriologisk vandanalyse
• Opløste metaller og metalloider (bly, kviksølv, arsen osv.))
• Opløste organiske stoffer: farvet opløst organisk stof (CDOM), opløst organisk kulstof (DOC)
• Radon
• Tunge metaller
• Farmaceutiske stoffer
• Hormonanaloger

MiljøindikatorerRediger

Fysiske indikatorerRediger

Kemiske indikatorerRediger

Biologiske indikatorerRediger

Biologiske overvågningsmetoder er blevet udviklet mange steder, og en meget udbredt familie af målinger for ferskvand er tilstedeværelsen og mængden af medlemmer af insektordenerne Ephemeroptera, Plecoptera og Trichoptera (EPT) (af bentiske makroinvertebrater, hvis fællesnavne er henholdsvis enflue, stenflue og dværgflue). EPT-indekset vil naturligvis variere fra region til region, men generelt gælder det, at jo større antallet af taxa fra disse ordener er i en region, jo bedre er vandkvaliteten. Organisationer i USA, som f.eks. EPA, tilbyder vejledning om udvikling af et overvågningsprogram og identifikation af medlemmer af disse og andre vandinsektordener. Mange amerikanske spildevandsudledere (f.eks. fabrikker, kraftværker, raffinaderier, miner, kommunale rensningsanlæg) er forpligtet til at foretage periodiske WET-tests (whole effluent toxicity).

Individuelle, der er interesserede i at overvåge vandkvaliteten, og som ikke har råd til eller kan administrere analyser i laboratorieskala, kan også bruge biologiske indikatorer til at få en generel aflæstning af vandkvaliteten. Et eksempel er IOWATER’s frivillige vandovervågningsprogram i Iowa, som omfatter en EPT-indikatornøgle.

Muslinger anvendes i vid udstrækning som bioindikatorer til overvågning af vandmiljøers sundhed i både ferskvand og havmiljøer. Deres populationsstatus eller -struktur, fysiologi, adfærd eller graden af forurening med grundstoffer eller forbindelser kan indikere økosystemets forureningstilstand. De er særligt nyttige, da de er fastsiddende, så de er repræsentative for det miljø, hvor de er udtaget eller anbragt. Et typisk projekt er det amerikanske Mussel Watch Programme, men i dag anvendes de i hele verden.

Metoden Southern African Scoring System (SASS) er et biologisk system til overvågning af vandkvaliteten baseret på tilstedeværelsen af bentiske makroinvertebrater (EPT). SASS-værktøjet til akvatisk biomonitorering er blevet forfinet i løbet af de sidste 30 år og er nu i femte version (SASS5), som er blevet specifikt modificeret i overensstemmelse med internationale standarder, nemlig ISO/IEC 17025-protokollen. SASS5-metoden anvendes af det sydafrikanske ministerium for vandforsyning som standardmetode til vurdering af vandløbssundheden, som indgår i det nationale program for vandløbssundhed og i den nationale database over vandløb.