Złożoność jakości wody jako tematu znajduje odzwierciedlenie w wielu rodzajach pomiarów wskaźników jakości wody. Niektóre pomiary jakości wody są najdokładniej wykonane na miejscu, ponieważ woda istnieje w równowadze z otoczeniem. Pomiary powszechnie wykonywane na miejscu i w bezpośrednim kontakcie z danym źródłem wody obejmują temperaturę, pH, tlen rozpuszczony, przewodność, potencjał redukcji tlenu (ORP), mętność i głębokość krążka Secchiego.
Pobieranie próbekEdit
Bardziej złożone pomiary są często wykonywane w laboratorium, wymagając, aby próbka wody była zbierana, konserwowana, transportowana i analizowana w innym miejscu. Proces pobierania próbek wody wprowadza dwa istotne problemy:
- Pierwszym problemem jest stopień, w jakim próbka może być reprezentatywna dla interesującego nas źródła wody. Źródła wody zmieniają się w czasie i w zależności od lokalizacji. Pomiar zainteresowania może zmieniać się sezonowo lub z dnia na noc lub w odpowiedzi na jakąś działalność człowieka lub naturalne populacje roślin i zwierząt wodnych. Pomiar zainteresowania może zmieniać się w zależności od odległości od granicy wody z nadległą atmosferą i leżącą lub ograniczającą glebą. Osoba pobierająca próbki musi określić, czy pojedynczy czas i miejsce spełnia potrzeby badania, czy też wykorzystanie wody, będące przedmiotem zainteresowania, możebyć zadowalająco ocenione przez uśrednione wartości pobierania próbek w czasie i miejscu, lub czy krytyczne maksima i minima wymagają indywidualnych pomiarów w zakresie czasu, miejsc lub zdarzeń. Procedura pobierania próbek musi zapewniać prawidłowe ważenie poszczególnych czasów i miejsc pobierania próbek, w przypadku gdy właściwe jest uśrednianie. 39-40 W przypadku istnienia krytycznych wartości maksymalnych lub minimalnych należy zastosować metody statystyczne do obserwowanej zmienności w celu określenia odpowiedniej liczby próbek, aby ocenić prawdopodobieństwo przekroczenia tych wartości krytycznych.
- Drugi problem pojawia się, gdy próbka jest usuwana ze źródła wody i zaczyna ustanawiać równowagę chemiczną ze swoim nowym otoczeniem – pojemnikiem na próbkę. Pojemniki na próbki muszą być wykonane z materiałów o minimalnej reaktywności z substancjami, które mają być mierzone; ważne jest też wstępne czyszczenie pojemników na próbki. Próbka wody może rozpuścić część pojemnika na próbkę i wszelkie pozostałości na tym pojemniku, a substancje chemiczne rozpuszczone w próbce wody mogą sorbować się na pojemniku na próbkę i pozostać tam, gdy woda zostanie wylana do analizy:4 Podobne interakcje fizyczne i chemiczne mogą zachodzić z wszelkimi pompami, rurociągami lub urządzeniami pośrednimi użytymi do przeniesienia próbki wody do pojemnika na próbkę. Woda pobierana z głębokości pod powierzchnią będzie zazwyczaj utrzymywana pod zmniejszonym ciśnieniem atmosfery; tak więc gaz rozpuszczony w wodzie będzie gromadził się na górze pojemnika. Gaz atmosferyczny znajdujący się nad wodą może również rozpuścić się w próbce wody. Inne równowagi reakcji chemicznych mogą ulec zmianie, jeśli próbka wody zmieni temperaturę. Drobno podzielone cząstki stałe, wcześniej zawieszone przez turbulencje wody, mogą osiąść na dnie pojemnika z próbką lub faza stała może powstać w wyniku wzrostu biologicznego lub wytrącania chemicznego. Mikroorganizmy w próbce wody mogą biochemicznie zmieniać stężenie tlenu, dwutlenku węgla i związków organicznych. Zmieniające się stężenie dwutlenku węgla może zmienić pH i zmienić rozpuszczalność interesujących nas związków chemicznych. Problemy te są szczególnie ważne podczas pomiarów substancji chemicznych, które mają być istotne przy bardzo niskich stężeniach.
Konserwacja próbki może częściowo rozwiązać drugi problem. Powszechnie stosowaną procedurą jest utrzymywanie próbek w niskiej temperaturze w celu spowolnienia tempa reakcji chemicznych i przemian fazowych oraz analizowanie próbki tak szybko, jak to możliwe; ale to tylko minimalizuje zmiany, a nie zapobiega im. 43-45 Użyteczna procedura określania wpływu pojemników na próbki w czasie opóźnienia między pobraniem próbki a analizą polega na przygotowaniu dwóch sztucznych próbek przed pobraniem. Jeden pojemnik na próbkę jest wypełniony wodą, o której wiadomo z poprzednich analiz, że nie zawiera wykrywalnej ilości interesującej nas substancji chemicznej. Próbka ta, zwana „ślepą”, jest otwierana w celu wystawienia jej na działanie atmosfery, gdy pobierana jest próbka będąca przedmiotem zainteresowania, a następnie ponownie zamykana i transportowana do laboratorium wraz z próbką do analizy w celu ustalenia, czy procedury zbierania lub przechowywania próbki wprowadziły jakąkolwiek mierzalną ilość substancji chemicznej będącej przedmiotem zainteresowania. Druga sztuczna próbka jest pobierana wraz z próbką będącą przedmiotem zainteresowania, ale następnie „spikowana” dodatkową mierzalną ilością substancji chemicznej będącej przedmiotem zainteresowania w czasie zbierania. Próba ślepa (kontrola negatywna) i próbka z domieszką (kontrola pozytywna) są przenoszone wraz z próbką zainteresowania i analizowane tymi samymi metodami w tym samym czasie w celu określenia wszelkich zmian wskazujących na zyski lub straty w czasie, który upłynął od pobrania do analizy.
Badania w odpowiedzi na klęski żywiołowe i inne sytuacje kryzysoweEdit
Po zdarzeniach takich jak trzęsienia ziemi i tsunami, następuje natychmiastowa reakcja organizacji pomocowych, które podejmują działania mające na celu przywrócenie podstawowej infrastruktury i zapewnienie podstawowych artykułów niezbędnych do przeżycia i późniejszego powrotu do zdrowia. Zagrożenie chorobami wzrasta ogromnie ze względu na dużą liczbę ludzi żyjących blisko siebie, często w obskurnych warunkach i bez odpowiednich warunków sanitarnych.
Po klęsce żywiołowej, jeśli chodzi o badanie jakości wody, istnieją powszechne poglądy na temat najlepszego sposobu działania do podjęcia i różne metody mogą być stosowane. Kluczowe podstawowe parametry jakości wody, którymi należy się zająć w sytuacjach awaryjnych to wskaźniki bakteriologiczne skażenia kałowego, pozostałości wolnego chloru, pH, mętność i ewentualnie przewodność/całkowicie rozpuszczona substancja stała. Istnieje wiele metod dekontaminacji.
Po dużych klęskach żywiołowych, może upłynąć dużo czasu zanim jakość wody powróci do poziomu sprzed katastrofy. Na przykład, po tsunami na Oceanie Indyjskim w 2004 roku, Międzynarodowy Instytut Zarządzania Wodą (IWMI) z siedzibą w Kolombo monitorował skutki działania słonej wody i stwierdził, że studnie powróciły do jakości wody pitnej sprzed tsunami półtora roku po zdarzeniu. IWMI opracował protokoły oczyszczania studni skażonych słoną wodą; zostały one następnie oficjalnie zatwierdzone przez Światową Organizację Zdrowia jako część jej serii wytycznych dotyczących sytuacji kryzysowych.
Analiza chemicznaEdit
spektrometr masowy mierzy pestycydy i inne zanieczyszczenia organiczne
Najprostsze metody analizy chemicznej to metody pomiaru pierwiastków chemicznych bez względu na ich formę. Na przykład analiza pierwiastkowa dla tlenu wskazywałaby stężenie 890 g/L (gramów na litr) próbki wody, ponieważ tlen (O) stanowi 89% masy cząsteczki wody (H2O). Metoda wybrana do pomiaru tlenu rozpuszczonego powinna rozróżniać pomiędzy tlenem dwuatomowym a tlenem połączonym z innymi pierwiastkami. Porównywalna prostota analizy elementarnej pozwoliła na uzyskanie dużej ilości danych dotyczących próbek oraz kryteriów jakości wody dla pierwiastków czasami identyfikowanych jako metale ciężkie. Analiza wody pod kątem metali ciężkich musi uwzględniać cząsteczki gleby zawieszone w próbce wody. Te zawieszone cząstki gleby mogą zawierać mierzalne ilości metalu. Chociaż cząstki te nie są rozpuszczone w wodzie, mogą być spożywane przez ludzi pijących wodę. Dodanie kwasu do próbki wody, aby zapobiec utracie rozpuszczonych metali na pojemniku z próbką, może spowodować rozpuszczenie większej ilości metali z zawieszonych cząstek gleby. Filtracja cząstek gleby z próbki wody przed dodaniem kwasu może jednak spowodować utratę rozpuszczonych metali na filtrze. Złożoność rozróżniania podobnych cząsteczek organicznych jest jeszcze większym wyzwaniem.
Wykonywanie tych złożonych pomiarów może być kosztowne. Ponieważ bezpośrednie pomiary jakości wody mogą być kosztowne, bieżące programy monitorowania są zazwyczaj prowadzone, a wyniki publikowane przez agencje rządowe. Jednakże, istnieją lokalne programy wolontariatu i zasoby dostępne dla niektórych ogólnych ocen. Narzędzia dostępne dla ogółu społeczeństwa obejmują zestawy testowe na miejscu, powszechnie używane do domowych zbiorników rybnych, oraz procedury oceny biologicznej.
Monitorowanie w czasie rzeczywistymEdit
Aczkolwiek jakość wody jest zwykle próbkowana i analizowana w laboratoriach, od końca XX wieku wzrasta zainteresowanie społeczeństwa jakością wody pitnej dostarczanej przez systemy komunalne. Wiele zakładów wodociągowych opracowało systemy zbierania danych o jakości wody źródłowej w czasie rzeczywistym. Na początku XXI wieku wprowadzono wiele czujników i systemów zdalnego monitorowania do pomiaru pH wody, mętności, tlenu rozpuszczonego i innych parametrów. Niektóre systemy teledetekcji zostały również opracowane do monitorowania jakości wody w rzekach, estuariach i przybrzeżnych zbiornikach wodnych.
Wskaźniki wody pitnejEdit
Poniżej przedstawiono listę wskaźników często mierzonych według kategorii sytuacyjnej:
- Zasadowość
- Kolor wody
- pH
- Smak i zapach (geosmina, 2-Metyloizoborneol (MIB), itp.)
- Upuszczone metale i sole (sód, chlorek, potas, wapń, mangan, magnez)
- Mikroorganizmy, takie jak bakterie coli typu kałowego (Escherichia coli), Cryptosporidium, i Giardia lamblia; patrz Bakteriologiczna analiza wody
- Upuszczone metale i metaloidy (ołów, rtęć, arsen, itd.).)
- Dissolved organics: colored dissolved organic matter (CDOM), dissolved organic carbon (DOC)
- Radon
- Heavy metals
- Pharmaceuticals
- Hormone analogs
Wskaźniki środowiskoweEdit
Wskaźniki fizyczneEdit
. |
|
Wskaźniki chemiczneEdit
Wskaźniki biologiczneEdit
|
|
Mierniki monitoringu biologicznego zostały opracowane w wielu miejscach, a jedną z szeroko stosowanych rodzin pomiarów dla wód słodkich jest obecność i liczebność przedstawicieli rzędów owadów Ephemeroptera, Plecoptera i Trichoptera (EPT) (makrobezkręgowców bentosowych, których wspólne nazwy to, odpowiednio, jętka, motylek i chruścik). Wskaźniki EPT będą się oczywiście różnić w zależności od regionu, ale ogólnie rzecz biorąc, w obrębie danego regionu, im większa liczba taksonów z tych rzędów, tym lepsza jakość wody. Organizacje w Stanach Zjednoczonych, takie jak EPA, oferują wytyczne dotyczące opracowania programu monitorowania i identyfikacji członków tych i innych rzędów owadów wodnych. Wiele amerykańskich podmiotów odprowadzających ścieki (np. fabryki, elektrownie, rafinerie, kopalnie, miejskie oczyszczalnie ścieków) są zobowiązane do przeprowadzania okresowych testów toksyczności całego ścieku (WET).
Osoby zainteresowane monitorowaniem jakości wody, które nie mogą sobie pozwolić lub zarządzać analizą w skali laboratoryjnej, mogą również korzystać ze wskaźników biologicznych, aby uzyskać ogólny odczyt jakości wody. Jednym z przykładów jest program dobrowolnego monitorowania wody IOWATER w stanie Iowa, który zawiera klucz wskaźników EPT.
Małże są w dużej mierze wykorzystywane jako bioindykatory do monitorowania zdrowia środowisk wodnych zarówno w wodach słodkich jak i morskich. Ich stan populacji lub struktura, fizjologia, zachowanie lub poziom skażenia pierwiastkami lub związkami może wskazywać na stan skażenia ekosystemu. Są one szczególnie użyteczne, ponieważ są bezkręgowcami, a więc są reprezentatywne dla środowiska, w którym są pobierane lub umieszczane. Typowym projektem jest amerykański program Mussel Watch, ale obecnie są one stosowane na całym świecie.
Metoda Southern African Scoring System (SASS) jest biologicznym systemem monitorowania jakości wody opartym na obecności makrobezkręgowców bentosowych (EPT). Narzędzie do biomonitoringu wodnego SASS było udoskonalane przez ostatnie 30 lat i obecnie znajduje się w piątej wersji (SASS5), która została specjalnie zmodyfikowana zgodnie z międzynarodowymi standardami, a mianowicie z protokołem ISO/IEC 17025. Metoda SASS5 jest wykorzystywana przez południowoafrykański Departament Spraw Wodnych jako standardowa metoda oceny stanu rzek, która zasila krajowy Program Zdrowia Rzek oraz krajową Bazę Danych Rzek.
.