Calitatea apei

Complexitatea calității apei ca subiect se reflectă în numeroasele tipuri de măsurători ale indicatorilor de calitate a apei. Unele măsurători ale calității apei sunt efectuate cel mai precis la fața locului, deoarece apa există în echilibru cu mediul înconjurător. Măsurătorile efectuate în mod obișnuit la fața locului și în contact direct cu sursa de apă în cauză includ temperatura, pH-ul, oxigenul dizolvat, conductivitatea, potențialul de reducere a oxigenului (ORP), turbiditatea și adâncimea discului Secchi.

Colectarea probelorEditare

O stație automată de prelevare a probelor instalată de-a lungul East Branch Milwaukee River, New Fane, Wisconsin. Capacul autosamplerului cu 24 de flacoane (centru) este parțial ridicat, arătând flacoanele de probă din interior. Autosamplerul a fost programat să colecteze probe la intervale de timp, sau proporțional cu debitul pe o perioadă specificată. Înregistratorul de date (dulapul alb) a înregistrat temperatura, conductanța specifică și nivelurile de oxigen dizolvat.

Măsurătorile mai complexe sunt adesea efectuate într-un laborator care necesită ca o probă de apă să fie colectată, conservată, transportată și analizată într-o altă locație. Procesul de prelevare a probelor de apă introduce două probleme semnificative:

• Prima problemă este măsura în care proba poate fi reprezentativă pentru sursa de apă de interes. Sursele de apă variază în timp și în funcție de locație. Măsura de interes poate varia în funcție de anotimp sau de la o zi la alta sau ca răspuns la o anumită activitate a omului sau a populațiilor naturale de plante și animale acvatice. Măsurătoarea de interes poate varia în funcție de distanțele de la limita dintre apă și atmosfera de deasupra și solul subiacent sau confinant. Persoana care prelevează probe trebuie să stabilească dacă un singur moment și o singură locație răspund necesităților investigației sau dacă utilizarea apei de interes poate fi evaluată în mod satisfăcător prin valorile medii ale prelevării de probe în timp și locație sau dacă maximele și minimele critice necesită măsurători individuale pe o serie de momente, locații sau evenimente. Procedura de prelevare a probelor trebuie să asigure o ponderare corectă a timpilor și locațiilor individuale de prelevare a probelor în cazul în care este adecvată calcularea mediei.:39-40 În cazul în care există valori maxime sau minime critice, trebuie aplicate metode statistice la variația observată pentru a determina un număr adecvat de probe pentru a evalua probabilitatea de depășire a acestor valori critice.
• A doua problemă apare în momentul în care proba este scoasă din sursa de apă și începe să stabilească un echilibru chimic cu noul său mediu – recipientul pentru probe. Recipientele pentru probe trebuie să fie fabricate din materiale cu reactivitate minimă cu substanțele care urmează să fie măsurate; și este importantă curățarea prealabilă a recipientelor pentru probe. Proba de apă poate dizolva o parte din recipientul de probă și orice reziduu de pe recipientul respectiv, iar substanțele chimice dizolvate în proba de apă se pot sorbi pe recipientul de probă și pot rămâne acolo atunci când apa este turnată pentru analiză. 4 Interacțiuni fizice și chimice similare pot avea loc cu orice pompe, conducte sau dispozitive intermediare utilizate pentru a transfera proba de apă în recipientul de probă. Apa colectată de la adâncimi sub suprafață va fi în mod normal menținută la presiunea redusă a atmosferei; astfel, gazul dizolvat în apă se va aduna în partea superioară a recipientului. Gazul atmosferic aflat deasupra apei se poate, de asemenea, dizolva în proba de apă. Alte echilibre de reacție chimică se pot modifica dacă proba de apă își schimbă temperatura. Particulele solide fin divizate, anterior suspendate de turbulența apei, se pot depune pe fundul recipientului de probă sau se poate forma o fază solidă din cauza creșterii biologice sau a precipitațiilor chimice. Microorganismele din proba de apă pot modifica biochimic concentrațiile de oxigen, dioxid de carbon și compuși organici. Modificarea concentrațiilor de dioxid de carbon poate modifica pH-ul și schimba solubilitatea substanțelor chimice de interes. Aceste probleme sunt deosebit de importante în timpul măsurării substanțelor chimice presupuse a fi semnificative la concentrații foarte mici.

Filtrarea unei probe de apă colectată manual (probă de captură) pentru analiză

Prezervarea probei poate rezolva parțial a doua problemă. O procedură obișnuită constă în păstrarea probelor la rece pentru a încetini viteza reacțiilor chimice și a schimbării de fază și analizarea probei cât mai curând posibil; dar acest lucru nu face decât să minimizeze schimbările, mai degrabă decât să le prevină. 43-45 O procedură utilă pentru determinarea influenței recipientelor de probă în timpul întârzierii dintre colectarea și analiza probei implică pregătirea pentru două probe artificiale înainte de evenimentul de prelevare. Un recipient de eșantionare este umplut cu apă despre care se știe din analizele anterioare că nu conține nicio cantitate detectabilă din substanța chimică de interes. Această probă, numită „martor”, este deschisă pentru a fi expusă la atmosferă atunci când se colectează proba de interes, apoi este resigilată și transportată la laborator împreună cu proba pentru analiză, pentru a determina dacă procedurile de colectare sau de păstrare a probei au introdus vreo cantitate măsurabilă din substanța chimică de interes. Cea de-a doua probă artificială este colectată împreună cu proba de interes, dar apoi este „îmbogățită” cu o cantitate suplimentară măsurată din substanța chimică de interes în momentul colectării. Proba albă (control negativ) și proba îmbogățită (control pozitiv) se transportă împreună cu proba de interes și se analizează prin aceleași metode și în aceleași momente pentru a determina orice modificări care indică câștiguri sau pierderi în timpul intervalului de timp scurs între colectare și analiză.

Testarea ca răspuns la dezastre naturale și alte situații de urgențăEdit

Testarea apei din Golful Mexic după deversarea de petrol Deepwater Horizon

După evenimente precum cutremurele și tsunami-urile, există o reacție imediată din partea agențiilor de ajutorare, pe măsură ce operațiunile de ajutorare demarează pentru a încerca să restabilească infrastructura de bază și pentru a furniza articolele fundamentale de bază care sunt necesare pentru supraviețuire și recuperarea ulterioară. Amenințarea de îmbolnăvire crește enorm din cauza numărului mare de oameni care locuiesc aproape unii de alții, adesea în condiții mizere și fără condiții sanitare adecvate.

După un dezastru natural, în ceea ce privește testarea calității apei, există opinii larg răspândite cu privire la cel mai bun mod de acțiune care trebuie întreprins și pot fi folosite o varietate de metode. Principalii parametri de bază ai calității apei care trebuie abordați într-o situație de urgență sunt indicatorii bacteriologici ai contaminării fecale, clorul rezidual liber, pH-ul, turbiditatea și, eventual, conductivitatea/totalul solidelor dizolvate. Există multe metode de decontaminare.

După dezastre naturale majore, ar putea trece o perioadă de timp considerabilă până când calitatea apei revine la nivelul de dinaintea dezastrului. De exemplu, în urma tsunami-ului din 2004 din Oceanul Indian, Institutul Internațional de Management al Apei (IWMI), cu sediul la Colombo, a monitorizat efectele apei sărate și a concluzionat că fântânile au revenit la calitatea apei potabile de dinaintea tsunami-ului la un an și jumătate după eveniment. IWMI a elaborat protocoale pentru curățarea fântânilor contaminate de apă sărată; acestea au fost ulterior aprobate oficial de Organizația Mondială a Sănătății ca parte a seriei sale de orientări de urgență.

Analiză chimicăEdit

Un gaz-cromatograf-
spectrometru de masă măsoară pesticidele și alți poluanți organici

Cele mai simple metode de analiză chimică sunt cele care măsoară elementele chimice fără a ține seama de forma lor. Analiza elementară pentru oxigen, ca exemplu, ar indica o concentrație de 890 g/L (grame pe litru) de probă de apă, deoarece oxigenul (O) are 89% din masa moleculei de apă (H2O). Metoda selectată pentru a măsura oxigenul dizolvat trebuie să facă diferența între oxigenul diatomic și oxigenul combinat cu alte elemente. Simplitatea comparativă a analizei elementale a produs o cantitate mare de date de eșantionare și criterii de calitate a apei pentru elementele identificate uneori ca metale grele. Analiza apei pentru metale grele trebuie să ia în considerare particulele de sol aflate în suspensie în proba de apă. Aceste particule de sol în suspensie pot conține cantități măsurabile de metale. Deși particulele nu sunt dizolvate în apă, ele pot fi consumate de persoanele care beau apa. Adăugarea de acid la o probă de apă pentru a preveni pierderea metalelor dizolvate pe recipientul de probă poate dizolva mai multe metale din particulele de sol suspendate. Cu toate acestea, filtrarea particulelor de sol din proba de apă înainte de adăugarea acidului poate cauza pierderea de metale dizolvate pe filtru. Complexitatea diferențierii moleculelor organice similare este și mai dificilă.

Spectroscopia de fluorescență atomică este utilizată pentru a măsura mercurul și alte metale grele

Realizarea acestor măsurători complexe poate fi costisitoare. Deoarece măsurătorile directe ale calității apei pot fi costisitoare, de obicei se desfășoară programe de monitorizare continuă, iar rezultatele sunt publicate de agențiile guvernamentale. Cu toate acestea, există programe locale de voluntariat și resurse disponibile pentru unele evaluări generale. Instrumentele disponibile pentru publicul larg includ kituri de testare la fața locului, utilizate în mod obișnuit pentru acvarii de pești de acasă, și proceduri de evaluare biologică.

Monitorizare în timp realEdit

Deși calitatea apei este de obicei eșantionată și analizată în laboratoare, de la sfârșitul secolului XX a existat un interes public din ce în ce mai mare în ceea ce privește calitatea apei potabile furnizate de sistemele municipale. Multe utilități de apă au dezvoltat sisteme pentru a colecta date în timp real despre calitatea apei din sursă. La începutul secolului XXI, au fost implementați o varietate de senzori și sisteme de monitorizare la distanță pentru măsurarea pH-ului apei, a turbidității, a oxigenului dizolvat și a altor parametri. Unele sisteme de teledetecție au fost, de asemenea, dezvoltate pentru monitorizarea calității mediului ambiant al apei în corpurile de apă riverane, estuarine și de coastă.

Indicatori de apă potabilăEdit

Un conductimetru electric este utilizat pentru a măsura totalul solidelor dizolvate

Cele care urmează sunt o listă de indicatori măsurați adesea pe categorii de situații:

• Alcalinitatea
• Culoarea apei
• pH
• Gustul și mirosul (geosmin, 2-metilisoborneol (MIB), etc.).)
• Metale și săruri dizolvate (sodiu, clorură, potasiu, calciu, mangan, magneziu)
• Microorganisme, cum ar fi bacteriile coliforme fecale (Escherichia coli), Cryptosporidium și Giardia lamblia; vezi Analiza bacteriologică a apei
• Metale și metaloizi dizolvați (plumb, mercur, arsenic, etc.)
• Substanțe organice dizolvate: materie organică dizolvată colorată (CDOM), carbon organic dizolvat (DOC)
• Radon
• Metale grele
• Farmaceutice
• Analogi de hormoni

Indicatori de mediuEdit