Die Komplexität des Themas Wasserqualität spiegelt sich in den vielen Arten von Messungen der Wasserqualitätsindikatoren wider. Einige Messungen der Wasserqualität lassen sich am genauesten vor Ort durchführen, da das Wasser im Gleichgewicht mit seiner Umgebung steht. Zu den Messungen, die üblicherweise vor Ort und in direktem Kontakt mit der betreffenden Wasserquelle durchgeführt werden, gehören Temperatur, pH-Wert, gelöster Sauerstoff, Leitfähigkeit, Sauerstoffreduktionspotenzial (ORP), Trübung und Secchi-Scheibentiefe.
ProbenahmeBearbeiten
Komplexere Messungen werden oft in einem Labor durchgeführt, wo eine Wasserprobe gesammelt, aufbewahrt, transportiert und an einem anderen Ort analysiert wird. Bei der Entnahme von Wasserproben treten zwei wesentliche Probleme auf:
- Das erste Problem ist die Frage, inwieweit die Probe repräsentativ für die betreffende Wasserquelle ist. Wasserquellen ändern sich mit der Zeit und je nach Ort. Der interessierende Messwert kann jahreszeitlich oder von Tag zu Nacht oder als Reaktion auf eine Aktivität des Menschen oder natürlicher Populationen von Wasserpflanzen und -tieren variieren. Der interessierende Messwert kann je nach Abstand von der Wassergrenze zur darüber liegenden Atmosphäre und zum darunter liegenden oder einschließenden Boden variieren. Der Probenehmer muss feststellen, ob ein einziger Zeitpunkt und ein einziger Ort den Erfordernissen der Untersuchung genügen, oder ob die interessierende Wassernutzung durch Durchschnittswerte der Probenahme über Zeit und Ort zufriedenstellend beurteilt werden kann, oder ob kritische Maxima und Minima Einzelmessungen über eine Reihe von Zeiten, Orten oder Ereignissen erfordern. Das Probenahmeverfahren muss eine korrekte Gewichtung der einzelnen Probenahmezeiten und -orte sicherstellen, wenn eine Mittelwertbildung angebracht ist.:39-40 Wenn kritische Maximal- oder Minimalwerte existieren, müssen statistische Methoden auf die beobachteten Schwankungen angewandt werden, um eine angemessene Anzahl von Proben zu bestimmen, damit die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung dieser kritischen Werte beurteilt werden kann.
- Das zweite Problem tritt auf, wenn die Probe aus der Wasserquelle entnommen wird und beginnt, ein chemisches Gleichgewicht mit ihrer neuen Umgebung – dem Probenbehälter – herzustellen. Die Probenbehälter müssen aus Materialien bestehen, die nur minimal mit den zu messenden Stoffen reagieren, und die Vorreinigung der Probenbehälter ist wichtig. Die Wasserprobe kann einen Teil des Probenbehälters und etwaige Rückstände auf dem Behälter auflösen, und in der Wasserprobe gelöste Chemikalien können an den Probenbehälter sorbieren und dort verbleiben, wenn das Wasser zur Analyse ausgeschüttet wird:4 Ähnliche physikalische und chemische Wechselwirkungen können mit Pumpen, Rohrleitungen oder Zwischengeräten stattfinden, die zur Überführung der Wasserprobe in den Probenbehälter verwendet werden. Wasser, das aus der Tiefe entnommen wird, steht normalerweise unter dem reduzierten Druck der Atmosphäre, so dass sich das im Wasser gelöste Gas am oberen Rand des Behälters ansammelt. Atmosphärische Gase oberhalb des Wassers können sich ebenfalls in der Wasserprobe auflösen. Andere chemische Reaktionsgleichgewichte können sich ändern, wenn sich die Temperatur der Wasserprobe ändert. Fein verteilte Feststoffpartikel, die zuvor durch Wasserturbulenzen in der Schwebe gehalten wurden, können sich auf dem Boden des Probenbehälters absetzen, oder es kann sich eine feste Phase durch biologisches Wachstum oder chemische Ausfällung bilden. Mikroorganismen in der Wasserprobe können die Konzentrationen von Sauerstoff, Kohlendioxid und organischen Verbindungen biochemisch verändern. Veränderte Kohlendioxidkonzentrationen können den pH-Wert und die Löslichkeit von Chemikalien von Interesse verändern. Diese Probleme sind von besonderer Bedeutung bei der Messung von Chemikalien, von denen angenommen wird, dass sie in sehr niedrigen Konzentrationen signifikant sind.
Das zweite Problem kann durch die Probenkonservierung teilweise gelöst werden. Ein gängiges Verfahren besteht darin, die Proben kalt zu halten, um die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen und der Phasenveränderung zu verlangsamen, und die Probe so schnell wie möglich zu analysieren; dies minimiert jedoch lediglich die Veränderungen, anstatt sie zu verhindern.:43-45 Ein nützliches Verfahren zur Bestimmung des Einflusses von Probenbehältern während der Verzögerung zwischen Probenahme und Analyse beinhaltet die Vorbereitung von zwei künstlichen Proben vor der Probenahme. Ein Probenbehälter wird mit Wasser gefüllt, von dem aus früheren Analysen bekannt ist, dass es keine nachweisbare Menge der interessierenden Chemikalie enthält. Diese Probe, die so genannte „Blindprobe“, wird bei der Entnahme der interessierenden Probe geöffnet, um sie der Atmosphäre auszusetzen. Anschließend wird sie wieder verschlossen und zusammen mit der Probe zur Analyse ins Labor transportiert, um festzustellen, ob durch die Probenahme oder die Aufbewahrungsverfahren eine messbare Menge der interessierenden Chemikalie eingeführt wurde. Die zweite künstliche Probe wird zusammen mit der interessierenden Probe entnommen, dann aber zum Zeitpunkt der Entnahme mit einer gemessenen zusätzlichen Menge der interessierenden Chemikalie „aufgestockt“. Die Blindprobe (Negativkontrolle) und die aufgestockte Probe (Positivkontrolle) werden mit der interessierenden Probe mitgeführt und mit denselben Methoden zu denselben Zeiten analysiert, um etwaige Veränderungen festzustellen, die auf Zu- oder Abnahmen während der zwischen Sammlung und Analyse verstrichenen Zeit hinweisen.
Tests bei Naturkatastrophen und anderen NotfällenBearbeiten
Nach Ereignissen wie Erdbeben und Tsunamis, reagieren die Hilfsorganisationen sofort, indem sie versuchen, die grundlegende Infrastruktur wiederherzustellen und die für das Überleben und den anschließenden Wiederaufbau notwendigen Grundgüter zu liefern. Die Gefahr von Krankheiten nimmt aufgrund der großen Zahl von Menschen, die auf engstem Raum, oft unter erbärmlichen Bedingungen und ohne angemessene sanitäre Einrichtungen leben, enorm zu.
Was die Untersuchung der Wasserqualität nach einer Naturkatastrophe betrifft, so gibt es unterschiedliche Auffassungen darüber, wie am besten vorzugehen ist, und es können verschiedene Methoden angewendet werden. Die wichtigsten grundlegenden Wasserqualitätsparameter, die in einem Notfall untersucht werden müssen, sind bakteriologische Indikatoren für fäkale Verunreinigungen, der Restgehalt an freiem Chlor, der pH-Wert, die Trübung und möglicherweise die Leitfähigkeit/der Gesamtgehalt an gelösten Stoffen. Es gibt viele Dekontaminationsmethoden.
Nach großen Naturkatastrophen kann eine beträchtliche Zeitspanne vergehen, bis die Wasserqualität wieder das Niveau von vor der Katastrophe erreicht. Nach dem Tsunami im Indischen Ozean im Jahr 2004 beispielsweise überwachte das in Colombo ansässige International Water Management Institute (IWMI) die Auswirkungen des Salzwassers und kam zu dem Schluss, dass die Brunnen eineinhalb Jahre nach dem Ereignis wieder die Trinkwasserqualität von vor dem Tsunami aufwiesen. Das IWMI entwickelte Protokolle für die Reinigung von durch Salzwasser verunreinigten Brunnen; diese wurden anschließend von der Weltgesundheitsorganisation als Teil ihrer Reihe von Notfallrichtlinien offiziell anerkannt.
Chemische AnalyseBearbeiten
Massenspektrometer misst Pestizide und andere organische Schadstoffe
Die einfachsten Methoden der chemischen Analyse sind jene, die chemische Elemente ohne Rücksicht auf ihre Form messen. Die Elementaranalyse für Sauerstoff würde zum Beispiel eine Konzentration von 890 g/L (Gramm pro Liter) der Wasserprobe anzeigen, da Sauerstoff (O) 89% der Masse des Wassermoleküls (H2O) ausmacht. Die zur Messung von gelöstem Sauerstoff gewählte Methode sollte zwischen zweiatomigem Sauerstoff und Sauerstoff in Verbindung mit anderen Elementen unterscheiden. Die vergleichsweise einfache Elementaranalyse hat zu einer großen Anzahl von Probendaten und Wasserqualitätskriterien für Elemente geführt, die manchmal als Schwermetalle bezeichnet werden. Bei der Wasseranalyse auf Schwermetalle müssen die in der Wasserprobe suspendierten Bodenpartikel berücksichtigt werden. Diese suspendierten Bodenpartikel können messbare Mengen an Metall enthalten. Obwohl die Partikel nicht im Wasser gelöst sind, können sie von Menschen, die das Wasser trinken, aufgenommen werden. Die Zugabe von Säure zu einer Wasserprobe, um den Verlust von gelösten Metallen an den Probenbehälter zu verhindern, kann mehr Metalle aus den suspendierten Bodenpartikeln herauslösen. Die Filtration von Bodenpartikeln aus der Wasserprobe vor der Säurezugabe kann jedoch zum Verlust gelöster Metalle auf dem Filter führen. Noch schwieriger ist die Unterscheidung ähnlicher organischer Moleküle.
Die Durchführung dieser komplexen Messungen kann teuer sein. Da direkte Messungen der Wasserqualität teuer sein können, werden laufende Überwachungsprogramme in der Regel von staatlichen Stellen durchgeführt und die Ergebnisse veröffentlicht. Es gibt jedoch lokale Freiwilligenprogramme und Ressourcen, die für eine allgemeine Bewertung zur Verfügung stehen. Zu den Hilfsmitteln, die der Allgemeinheit zur Verfügung stehen, gehören Testkits vor Ort, die üblicherweise für Fischbecken zu Hause verwendet werden, und biologische Bewertungsverfahren.
Echtzeit-ÜberwachungBearbeiten
Obwohl die Wasserqualität normalerweise in Labors beprobt und analysiert wird, ist das öffentliche Interesse an der Qualität des Trinkwassers, das von kommunalen Systemen bereitgestellt wird, seit Ende des 20. Viele Wasserversorgungsunternehmen haben Systeme zur Erfassung von Echtzeitdaten über die Qualität des Quellwassers entwickelt. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurde eine Vielzahl von Sensoren und Fernüberwachungssystemen zur Messung von pH-Wert, Trübung, gelöstem Sauerstoff und anderen Parametern im Wasser eingesetzt. Einige Fernerkundungssysteme wurden auch für die Überwachung der Wasserqualität in Flüssen, Flussmündungen und Küstengewässern entwickelt.
TrinkwasserindikatorenBearbeiten
Nachfolgend finden Sie eine Liste von Indikatoren, die häufig nach Standortkategorien gemessen werden:
- Alkalität
- Farbe des Wassers
- pH
- Geschmack und Geruch (Geosmin, 2-Methylisoborneol (MIB), etc.)
- Gelöste Metalle und Salze (Natrium, Chlorid, Kalium, Kalzium, Mangan, Magnesium)
- Mikroorganismen wie fäkalcoliforme Bakterien (Escherichia coli), Cryptosporidium und Giardia lamblia; siehe Bakteriologische Wasseranalyse
- Gelöste Metalle und Metalloide (Blei, Quecksilber, Arsen, etc.)
- Gelöste organische Stoffe: farbige gelöste organische Stoffe (CDOM), gelöster organischer Kohlenstoff (DOC)
- Radon
- Schwermetalle
- Arzneimittel
- Hormonanaloga
UmweltindikatorenEdit
Physikalische IndikatorenBearbeiten
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Chemische IndikatorenBearbeiten
Biologische IndikatorenBearbeiten
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Biologische Überwachungsmetriken wurden an vielen Orten entwickelt, Eine weit verbreitete Messgröße für Süßwasser ist das Vorhandensein und die Abundanz von Mitgliedern der Insektenordnungen Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera (EPT) (benthische Makroinvertebraten, deren gebräuchliche Namen Eintagsfliege, Steinfliege bzw. Köcherfliege sind). Die EPT-Indizes variieren natürlich von Region zu Region, aber im Allgemeinen gilt innerhalb einer Region, dass die Wasserqualität umso besser ist, je größer die Anzahl der Taxa aus diesen Ordnungen ist. Organisationen in den Vereinigten Staaten, wie z. B. die EPA, bieten Anleitungen zur Entwicklung eines Überwachungsprogramms und zur Identifizierung von Mitgliedern dieser und anderer Ordnungen von Wasserinsekten. Viele US-amerikanische Abwassereinleiter (z. B. Fabriken, Kraftwerke, Raffinerien, Bergwerke, kommunale Kläranlagen) sind verpflichtet, regelmäßig Tests zur Toxizität des gesamten Abwassers (WET) durchzuführen.
Einzelpersonen, die an der Überwachung der Wasserqualität interessiert sind, sich aber keine Laboranalysen leisten oder durchführen können, können auch biologische Indikatoren verwenden, um einen allgemeinen Eindruck von der Wasserqualität zu erhalten. Ein Beispiel dafür ist das freiwillige Wasserüberwachungsprogramm IOWATER in Iowa, das einen EPT-Indikatorschlüssel enthält.
Muscheln werden in großem Umfang als Bioindikatoren zur Überwachung des Zustands von Gewässern sowohl im Süßwasser als auch in der Meeresumwelt eingesetzt. Ihr Populationsstatus oder ihre Struktur, ihre Physiologie, ihr Verhalten oder der Grad der Verunreinigung mit Elementen oder Verbindungen können den Zustand der Verunreinigung des Ökosystems anzeigen. Sie sind besonders nützlich, da sie sessil sind und somit repräsentativ für die Umgebung sind, in der sie beprobt oder ausgesetzt werden. Ein typisches Projekt ist das U.S. Mussel Watch Programme, aber heute werden sie weltweit eingesetzt.
Das Southern African Scoring System (SASS) ist ein biologisches System zur Überwachung der Wasserqualität, das auf dem Vorkommen benthischer Makroinvertebraten (EPT) beruht. Die SASS-Methode zur Überwachung der Wasserqualität wurde in den letzten 30 Jahren verfeinert und liegt nun in der fünften Version (SASS5) vor, die speziell in Übereinstimmung mit internationalen Normen, nämlich dem Protokoll ISO/IEC 17025, modifiziert wurde. Die SASS5-Methode wird vom südafrikanischen Ministerium für Wasserangelegenheiten als Standardmethode für die Bewertung der Flussgesundheit verwendet, die das nationale Flussgesundheitsprogramm und die nationale Flussdatenbank speist.