Waterkwaliteit

De complexiteit van waterkwaliteit als onderwerp komt tot uiting in de vele soorten metingen van waterkwaliteitsindicatoren. Sommige metingen van de waterkwaliteit zijn het nauwkeurigst ter plaatse uit te voeren, omdat water in evenwicht is met zijn omgeving. Metingen die gewoonlijk ter plaatse en in direct contact met de waterbron in kwestie worden verricht, zijn onder meer temperatuur, pH, opgeloste zuurstof, geleidingsvermogen, zuurstofreductiepotentiaal (ORP), troebelheid en Secchi-schijfdiepte.

MonsternameEdit

Een geautomatiseerd bemonsteringsstation geïnstalleerd langs de East Branch Milwaukee River, New Fane, Wisconsin. Het deksel van het 24 flessen tellende automatische monsternemingsapparaat (midden) is gedeeltelijk opgeheven, zodat de monsterflessen binnenin zichtbaar zijn. De automatische monsternemer is geprogrammeerd om monsters te nemen met een interval van een bepaalde tijd, of evenredig met het debiet gedurende een bepaalde periode. De datalogger (witte kast) registreerde de temperatuur, de specifieke geleiding en het gehalte aan opgeloste zuurstof.

Meer complexe metingen worden vaak verricht in een laboratorium, waarbij een watermonster moet worden verzameld, bewaard, vervoerd en geanalyseerd op een andere plaats. Bij het nemen van watermonsters doen zich twee belangrijke problemen voor:

• Het eerste probleem is de mate waarin het monster representatief kan zijn voor de waterbron in kwestie. Waterbronnen variëren met de tijd en met de plaats. De meting van belang kan variëren seizoensgebonden of van dag tot nacht of in reactie op een bepaalde activiteit van de mens of natuurlijke populaties van waterplanten en -dieren. De meting kan variëren naar gelang van de afstand tussen de watergrens en de bovenliggende atmosfeer en de onderliggende of opgesloten bodem. De monsternemer moet bepalen of één tijdstip en één locatie voldoen aan de eisen van het onderzoek, of dat het betrokken watergebruik op bevredigende wijze kan worden beoordeeld aan de hand van gemiddelden van monsternemingen over tijd en plaats, of dat voor kritische maxima en minima afzonderlijke metingen over een reeks tijdstippen, locaties of gebeurtenissen nodig zijn. De procedure voor de monsterneming moet een correcte weging van de afzonderlijke bemonsteringstijdstippen en -plaatsen waarborgen wanneer middeling aangewezen is.:39-40 Wanneer er kritische maximum- of minimumwaarden bestaan, moeten statistische methoden worden toegepast op de waargenomen variatie om een voldoende aantal monsters te bepalen om de waarschijnlijkheid van overschrijding van die kritische waarden te beoordelen.
• Het tweede probleem doet zich voor wanneer het monster uit de waterbron wordt verwijderd en een chemisch evenwicht begint te bereiken met zijn nieuwe omgeving – het monsterpotje. Monsterhouders moeten gemaakt zijn van materialen met een minimale reactiviteit met te meten stoffen; en het vooraf reinigen van monsterhouders is belangrijk. Het watermonster kan een deel van de monsterpot en eventuele resten op die pot oplossen, en chemische stoffen die in het watermonster zijn opgelost kunnen aan de monsterpot sorberen en daar achterblijven wanneer het water voor analyse wordt uitgegoten:4 Soortgelijke fysische en chemische interacties kunnen plaatsvinden met pompen, pijpleidingen of tussenvoorzieningen die worden gebruikt om het watermonster in de monsterpot te brengen. Water dat van diep onder de oppervlakte wordt opgevangen, zal normaal worden vastgehouden onder de gereduceerde druk van de atmosfeer; het in het water opgeloste gas zal zich dus boven in de container verzamelen. Atmosferisch gas boven het water kan ook oplossen in het watermonster. Andere chemische reactie-evenwichten kunnen veranderen als het watermonster van temperatuur verandert. Fijn verdeelde vaste deeltjes die voorheen door de turbulentie van het water werden gesuspendeerd, kunnen naar de bodem van de monsterpot zakken, of er kan zich een vaste fase vormen door biologische groei of chemische neerslag. Micro-organismen in het watermonster kunnen biochemisch de concentraties van zuurstof, kooldioxide en organische verbindingen veranderen. Veranderende kooldioxideconcentraties kunnen de pH veranderen en de oplosbaarheid van relevante chemicaliën wijzigen. Deze problemen zijn van bijzonder belang bij de meting van chemische stoffen waarvan wordt aangenomen dat zij bij zeer lage concentraties significant zijn.

Het filtreren van een met de hand genomen watermonster (grijpmonster) voor analyse

Het conserveren van het monster kan het tweede probleem gedeeltelijk oplossen. Een gebruikelijke procedure is de monsters koud te houden om de snelheid van de chemische reacties en de faseverandering te vertragen, en het monster zo snel mogelijk te analyseren; maar dit minimaliseert de veranderingen eerder dan dat het ze voorkomt.:43-45 Een nuttige procedure voor het bepalen van de invloed van monsterhouders tijdens de vertraging tussen de monsterneming en de analyse omvat de voorbereiding van twee kunstmatige monsters vóór de monsterneming. Eén monsterpot wordt gevuld met water waarvan uit eerdere analyses bekend is dat het geen detecteerbare hoeveelheid van de chemische stof van belang bevat. Dit monster, dat “blanco” wordt genoemd, wordt geopend om aan de atmosfeer te worden blootgesteld wanneer het te bemonsteren monster wordt genomen, vervolgens opnieuw gesloten en samen met het monster naar het laboratorium vervoerd voor analyse om na te gaan of bij de monsterafname of de opslagprocedures een meetbare hoeveelheid van de te bemonsteren chemische stof is binnengebracht. Het tweede kunstmatige monster wordt samen met het te analyseren monster verzameld, maar vervolgens “gespiked” met een gemeten extra hoeveelheid van de te analyseren chemische stof op het tijdstip van de verzameling. Het blancomonster (negatieve controle) en het verrijkte monster (positieve controle) worden samen met het betrokken monster vervoerd en op dezelfde tijdstippen volgens dezelfde methoden geanalyseerd om eventuele veranderingen te bepalen die wijzen op winst of verlies gedurende de tijd die is verstreken tussen de verzameling en de analyse.

Testen in reactie op natuurrampen en andere noodsituatiesEdit

Testen van water in de Golf van Mexico na de olieramp met de Deepwater Horizon

Na gebeurtenissen zoals aardbevingen en tsunami’s, komen de hulporganisaties onmiddellijk in actie met hulpoperaties om de basisinfrastructuur te herstellen en de basisgoederen te verstrekken die nodig zijn om te overleven en daarna te herstellen. De dreiging van ziekten neemt enorm toe door de grote aantallen mensen die dicht op elkaar leven, vaak in erbarmelijke omstandigheden, en zonder behoorlijke sanitaire voorzieningen.

Na een natuurramp bestaan er, wat het testen van de waterkwaliteit betreft, wijdverbreide standpunten over de beste handelwijze en kunnen er verschillende methoden worden toegepast. De belangrijkste basisparameters voor de waterkwaliteit die in een noodsituatie moeten worden onderzocht, zijn bacteriologische indicatoren van fecale verontreiniging, residuen van vrij chloor, pH, troebelheid en eventueel geleidingsvermogen/totaal opgeloste vaste stoffen. Er bestaan vele decontaminatiemethoden.

Na grote natuurrampen kan het geruime tijd duren voordat de waterkwaliteit weer het niveau van vóór de ramp heeft bereikt. Na de tsunami van 2004 in de Indische Oceaan controleerde het in Colombo gevestigde International Water Management Institute (IWMI) bijvoorbeeld de effecten van zout water en concludeerde dat de putten anderhalf jaar na de gebeurtenis weer de drinkwaterkwaliteit van vóór de tsunami hadden bereikt. Het IWMI ontwikkelde protocollen voor het schoonmaken van door zout water verontreinigde putten; deze werden vervolgens officieel bekrachtigd door de Wereldgezondheidsorganisatie als onderdeel van haar reeks richtsnoeren voor noodsituaties.

Chemische analyseEdit

Een gaschromatograaf-
massaspectrometer meet pesticiden en andere organische verontreinigende stoffen

De eenvoudigste methoden van chemische analyse zijn die welke chemische elementen meten zonder rekening te houden met hun vorm. Een elementaire analyse van zuurstof bijvoorbeeld zou een concentratie van 890 g/L (gram per liter) van een watermonster aangeven, omdat zuurstof (O) 89% van de massa van de watermolecule (H2O) heeft. De methode die wordt gekozen om de opgeloste zuurstof te meten moet onderscheid maken tussen diatomische zuurstof en zuurstof in combinatie met andere elementen. De vergelijkende eenvoud van elementaire analyse heeft een grote hoeveelheid monstergegevens en waterkwaliteitscriteria opgeleverd voor elementen die soms als zware metalen worden aangemerkt. Bij de analyse van water op zware metalen moet rekening worden gehouden met in het watermonster gesuspendeerde bodemdeeltjes. Deze in suspensie verkerende bodemdeeltjes kunnen meetbare hoeveelheden metaal bevatten. Hoewel de deeltjes niet in het water zijn opgelost, kunnen zij worden geconsumeerd door mensen die het water drinken. Door aan een watermonster zuur toe te voegen om te voorkomen dat opgeloste metalen in de monsterpot terechtkomen, kunnen meer metalen uit in suspensie verkerende bodemdeeltjes worden opgelost. Filtratie van bodemdeeltjes uit het watermonster vóór toevoeging van zuur kan echter leiden tot verlies van opgeloste metalen op het filter. De complexiteit van het onderscheiden van gelijksoortige organische moleculen vormt een nog grotere uitdaging.

Atomaire fluorescentiespectroscopie wordt gebruikt om kwik en andere zware metalen te meten

Het uitvoeren van deze complexe metingen kan kostbaar zijn. Omdat directe metingen van de waterkwaliteit duur kunnen zijn, worden meestal door overheidsinstanties doorlopende monitoringprogramma’s uitgevoerd en de resultaten vrijgegeven. Er zijn echter lokale vrijwilligersprogramma’s en middelen beschikbaar voor een algemene beoordeling. Hulpmiddelen die beschikbaar zijn voor het grote publiek zijn onder andere on-site testkits, die vaak worden gebruikt voor visvijvers thuis, en biologische beoordelingsprocedures.

Real-time monitoringEdit

Hoewel de waterkwaliteit gewoonlijk wordt bemonsterd en geanalyseerd in laboratoria, is er sinds het einde van de 20e eeuw een toenemende publieke belangstelling voor de kwaliteit van het drinkwater dat wordt geleverd door gemeentelijke systemen. Veel waterbedrijven hebben systemen ontwikkeld om real-time gegevens over de kwaliteit van het bronwater te verzamelen. In het begin van de 21e eeuw zijn diverse sensoren en systemen voor bewaking op afstand in gebruik genomen voor het meten van de pH-waarde van het water, de troebelheid, de opgeloste zuurstof en andere parameters. Sommige teledetectiesystemen zijn ook ontwikkeld voor de bewaking van de omgevingswaterkwaliteit in rivier-, estuariene en kustwateren.

DrinkwaterindicatorenEdit

Een elektrische geleidbaarheidsmeter wordt gebruikt om het totaal aan opgeloste vaste stoffen te meten

Hierna volgt een lijst van indicatoren die vaak per situatiecategorie worden gemeten:

• Alkaliniteit
• Kleur van het water
• pH
• Smaak en geur (geosmine, 2-Methylisoborneol (MIB), enz.)
• Opgeloste metalen en zouten (natrium, chloride, kalium, calcium, mangaan, magnesium)
• Micro-organismen zoals fecale coliforme bacteriën (Escherichia coli), Cryptosporidium, en Giardia lamblia; zie Bacteriologische wateranalyse
• Opgeloste metalen en metalloïden (lood, kwik, arseen, enz.))
• Micro-organismen zoals fecale coliforme bacteriën (Escherichia coli), Cryptosporidium, en Giardia lamblia; zie Bacteriologische wateranalyse)
• Opgeloste organische stoffen: gekleurde opgeloste organische stof (CDOM), opgeloste organische koolstof (DOC)
• Radon
• Zware metalen
• Pharmaceutische producten
• Hormoonanaloga

Milieu-indicatorenEdit

Fysische indicatorenEdit

Chemische indicatorenEdit

Biologische indicatorenEdit

Biologische monitoringmetrieken zijn op veel plaatsen ontwikkeld, Een veel gebruikte familie van metingen voor zoetwater is de aanwezigheid en abundantie van leden van de insectenorden Ephemeroptera, Plecoptera en Trichoptera (EPT) (benthische macro-ongewervelden met als gewone namen respectievelijk meivlieg, steenvlieg en kokerjuffer). De EPT-indexen verschillen uiteraard van regio tot regio, maar over het algemeen geldt dat hoe groter het aantal taxa uit deze ordes binnen een regio, hoe beter de waterkwaliteit. Organisaties in de Verenigde Staten, zoals de EPA, bieden richtsnoeren voor het ontwikkelen van een monitoringprogramma en het identificeren van leden van deze en andere ordes van aquatische insecten. Veel lozers van afvalwater in de VS (b.v. fabrieken, elektriciteitscentrales, raffinaderijen, mijnen, gemeentelijke rioolwaterzuiveringsinstallaties) zijn verplicht om periodiek tests op toxiciteit van het gehele effluent (WET) uit te voeren.

Iedereen die geïnteresseerd is in het bewaken van de waterkwaliteit en zich geen laboratoriumanalyses kan veroorloven of uitvoeren, kan ook biologische indicatoren gebruiken om een algemeen beeld van de waterkwaliteit te krijgen. Een voorbeeld is het IOWATER vrijwillige water monitoring programma van Iowa, dat een EPT indicator sleutel.

Tweekleppige weekdieren worden op grote schaal gebruikt als bio-indicatoren om de gezondheid van aquatische milieus in zowel zoet water en het mariene milieu te controleren. Hun populatiestatus of -structuur, fysiologie, gedrag of de mate van verontreiniging met elementen of verbindingen kunnen een indicatie geven van de verontreinigingsstatus van het ecosysteem. Zij zijn bijzonder nuttig omdat zij sessiel zijn, zodat zij representatief zijn voor het milieu waarin zij worden bemonsterd of geplaatst. Een typisch project is het U.S. Mussel Watch Programme, maar tegenwoordig worden ze wereldwijd gebruikt.

De Southern African Scoring System (SASS)-methode is een biologisch systeem voor de monitoring van de waterkwaliteit, gebaseerd op de aanwezigheid van benthische macro-ongewervelden (EPT). Het SASS-hulpmiddel voor aquatische biomonitoring is in de afgelopen 30 jaar verfijnd en is nu aan de vijfde versie (SASS5) toe, die speciaal is aangepast volgens internationale normen, namelijk het ISO/IEC 17025-protocol. De SASS5-methode wordt door het Zuid-Afrikaanse ministerie van Waterzaken gebruikt als standaardmethode voor de beoordeling van de gezondheid van rivieren, die het nationale programma voor de gezondheid van rivieren en de nationale databank voor rivieren voedt.