Введение

Оценка качества воды по стандартам использования. Качество воды определяется химическими, физическими и биологическими характеристиками, исходя из требований к ее применению. Чаще всего качество воды оценивается путем сопоставления с набором стандартов, соответствие которым, как правило, достигается посредством водоподготовки. Наиболее распространенные стандарты, используемые для мониторинга и оценки качества воды, отражают состояние экосистем, безопасность для человека, уровень загрязнения воды и пригодность воды для питья. Качество воды оказывает существенное влияние на водоснабжение и часто определяет доступные варианты водоснабжения.

Влияние на здоровье населения

Со временем всё большее признание получает важность качества питьевой воды и её влияние на общественное здоровье. Это привело к усилению охраны и управления качеством воды. Понимание взаимосвязи между качеством воды и здоровьем продолжает расширяться и выявляет новые потенциальные угрозы здоровью: от хронических последствий инфекционных заболеваний, влияющих на развитие детей и приводящих к задержке роста, до новых данных о вреде известных загрязнителей, таких как марганец, в отношении которого накапливаются доказательства нейротоксичности у детей.

Промышленное и бытовое использование

Растворенные ионы могут влиять на пригодность воды для широкого спектра промышленных и бытовых целей. Наиболее известным примером, вероятно, является присутствие кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), которые снижают эффективность моющих средств и могут образовывать твердые сульфатные и мягкие карбонатные отложения в водонагревателях или котлах. Жесткую воду можно умягчить для удаления этих ионов. Процесс умягчения часто включает замену катионов натрия. Для некоторых групп населения жесткая вода может быть предпочтительнее мягкой, поскольку проблемы со здоровьем связывают с дефицитом кальция и избытком натрия. Необходимость дополнительного содержания кальция и магния в воде зависит от конкретной популяции, поскольку люди обычно получают необходимое количество этих веществ с пищей. Стандарты качества воды для поверхностных вод значительно варьируются из-за различных экологических условий, экосистем и предполагаемого использования человеком. Токсичные вещества и высокая численность определенных микроорганизмов могут представлять опасность для здоровья при использовании воды не для питья, например, для орошения, плавания, рыбной ловли, сплава, катания на лодках и в промышленных целях. Эти условия также могут негативно влиять на дикую природу, использующую воду для питья или в качестве среды обитания. Согласно данным EPA, законодательство о качестве воды обычно предусматривает защиту рыбных ресурсов и рекреационного использования, а также требует, как минимум, сохранения текущих стандартов качества. В некоторых регионах желаемые условия качества воды включают высокую концентрацию растворенного кислорода, низкую концентрацию хлорофилла а и высокую прозрачность воды. Существует общественное стремление к восстановлению водных объектов до их первозданного, доиндустриального состояния. Большинство современных природоохранных законов сосредоточены на определении конкретных видов использования водного объекта. В некоторых странах эти определения допускают определенный уровень загрязнения воды, если данный тип загрязнения не наносит вреда назначенному использованию. Учитывая изменения ландшафта (например, застройка земель, урбанизация, вырубка лесов) в бассейнах многих пресноводных водоемов, восстановление первозданных условий будет сложной задачей. В этих случаях ученые-экологи сосредотачиваются на достижении целей по поддержанию здоровых экосистем и могут уделять особое внимание защите популяций находящихся под угрозой исчезновения видов и охране здоровья человека.

Сбор проб

Сложность оценки качества воды как предмета изучения отражается в многообразии типов измерений показателей качества воды. Некоторые измерения качества воды наиболее точно проводятся непосредственно на месте, поскольку вода находится в равновесии с окружающей средой. Измерения, обычно выполняемые на месте и в непосредственном контакте с источником воды, включают температуру, pH, растворенный кислород, электропроводность, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), мутность и глубину видимости по диску Секки. Отбор проб воды для физического или химического анализа может осуществляться различными методами, в зависимости от необходимой точности и характеристик загрязняющего вещества. Методы отбора проб включают, например, простой случайный отбор, стратифицированный отбор, систематический и сетчатый отбор, адаптивный кластерный отбор, разовые пробы, полунепрерывный мониторинг и непрерывный, пассивный отбор проб, дистанционное наблюдение, дистанционное зондирование и биомониторинг. Использование пассивных пробоотборников значительно снижает стоимость и потребность в инфраструктуре на месте отбора проб. Многие случаи загрязнения резко ограничены по времени, чаще всего в связи с осадками. По этой причине разовые пробы часто недостаточны для точного определения уровня загрязнения. Ученые, собирающие данные такого типа, часто используют автоматические пробоотборники, которые откачивают воду через определенные промежутки времени или объема. Более сложные измерения часто проводятся в лаборатории, что требует сбора, консервации, транспортировки и анализа пробы воды в другом месте.

Испытания в ответ на стихийные бедствия и другие чрезвычайные ситуации

После таких событий, как землетрясения и цунами, службы помощи немедленно приступают к реагированию, разворачивая операции по оказанию помощи для восстановления базовой инфраструктуры и обеспечения необходимыми для выживания и последующего восстановления ресурсами. Угроза распространения заболеваний резко возрастает из-за большого скопления людей, часто живущих в антисанитарных условиях и без надлежащей санитарии. После стихийного бедствия существует множество различных подходов к тестированию качества воды и выбору оптимальных методов. Ключевыми параметрами качества воды, требующими контроля в экстренных ситуациях, являются бактериологические показатели фекального загрязнения, остаточный свободный хлор, pH, мутность и, возможно, электропроводность/общее содержание растворенных веществ. Существует множество методов дезинфекции. После крупных стихийных бедствий может потребоваться значительное время для восстановления качества воды до уровня, предшествовавшего катастрофе. Например, после цунами в Индийском океане 2004 года Международный институт управления водными ресурсами (IWMI), базирующийся в Коломбо, отслеживал последствия проникновения соленой воды и пришел к выводу, что качество питьевой воды в колодцах восстановилось до прежнего уровня спустя полтора года после события. IWMI разработала протоколы очистки колодцев, загрязненных соленой водой, которые впоследствии были официально одобрены Всемирной организацией здравоохранения и включены в серию "Руководства по чрезвычайным ситуациям".

Химический анализ

Самые простые методы химического анализа – это методы измерения химических элементов без учета их формы. Элементарный анализ кислорода, например, покажет концентрацию 890 г/л (грамм на литр) в образце воды, поскольку кислород (O) составляет 89% массы молекулы воды (H2O). Метод, выбранный для измерения растворенного кислорода, должен различать двухатомный кислород и кислород, связанный с другими элементами. Относительная простота элементарного анализа привела к накоплению большого объема данных об образцах и критериях качества воды для элементов, иногда классифицируемых как тяжелые металлы. Анализ воды на содержание тяжелых металлов должен учитывать взвешенные в образце воды частицы почвы. Эти взвешенные частицы почвы могут содержать измеримое количество металла. Хотя частицы не растворены в воде, они могут попасть в организм человека с питьевой водой. Добавление кислоты к образцу воды для предотвращения потери растворенных металлов на стенки емкости может способствовать растворению большего количества металлов из взвешенных частиц почвы. Однако фильтрация частиц почвы из образца воды перед добавлением кислоты может привести к потере растворенных металлов на фильтре. Различение схожих органических молекул представляет собой еще более сложную задачу. Проведение таких сложных измерений может быть дорогостоящим. Поскольку прямые измерения качества воды могут быть дорогими, обычно проводятся постоянные программы мониторинга, а результаты публикуются государственными органами. Тем не менее, существуют местные волонтерские программы и ресурсы для проведения общей оценки. Инструменты, доступные широкой публике, включают в себя экспресс-тесты, часто используемые для домашних аквариумов, и методы биологической оценки.

Биосенсоры

Биосенсоры обладают потенциалом "высокой чувствительности, селективности, надежности, простоты, низкой стоимости и ответа в реальном времени". Например, бионанотехнологи сообщили о разработке , способного обнаруживать уровни разнообразных загрязнителей воды.

Стандарты и отчеты

При установлении стандартов, агентства принимают политические и технические/научные решения, основываясь на предполагаемом использовании воды. В случае с природными водоемами, агентства также проводят обоснованную оценку их первоначального состояния. Природные водоемы изменяются в зависимости от экологических условий региона, при этом состав воды определяется окружающими геологическими особенностями, осадками и типами горных пород, топографией, гидрологией и климатом. Специалисты по охране окружающей среды и водные геохимики работают над интерпретацией параметров и экологических условий, влияющих на качество воды в регионе, что, в свою очередь, помогает выявить источники и пути распространения загрязняющих веществ. Юристы и политики в области охраны окружающей среды разрабатывают законодательство с целью поддержания качества воды, соответствующего ее целевому использованию. Распространенное представление о качестве воды – это простое свойство, указывающее на наличие или отсутствие загрязнения. Однако качество воды – сложная тема, поскольку вода представляет собой сложную среду, тесно связанную с экологией, геологией и антропогенной деятельностью региона. Основными причинами загрязнения воды являются промышленная и коммерческая деятельность (например, производство, добыча полезных ископаемых, строительство, транспорт), а также стоки с сельскохозяйственных угодий, ливневые стоки с городских территорий и сброс очищенных и неочищенных сточных вод.

Международный

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) опубликовала обновленные руководящие принципы по качеству питьевой воды (GDWQ) в 2017 году, охватывающие вопросы отбора проб воды, качества питьевой и промышленной воды, сточных вод, а также анализ воды по химическим, физическим и биологическим показателям. ICS 91.140.60 определяет стандарты для систем водоснабжения.

Индия

Стандарты Индийского совета медицинских исследований (ICMR) для питьевой воды.

Южная Африка

Руководство по качеству воды для Южной Африки, выпущенное в 1996 году, группирует требования в зависимости от категорий пользователей (например, для бытовых или промышленных нужд). Качество питьевой воды регулируется Южноафриканским национальным стандартом (SANS) 241 – Спецификацией для питьевой воды.

Великобритания

В Англии и Уэльсе допустимые уровни для водоснабжения указаны в "Постановлениях о водоснабжении (качестве воды) 2000 года".

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах стандарты качества воды определяются государственными органами для различных водных объектов, исходя из целевого использования этих водных объектов (например, среды обитания рыб, водоснабжения, рекреационных целей). Закон о чистой воде (CWA) требует от каждой регулирующей юрисдикции (штатов, территорий и охваченных племенных образований) представлять двухгодичные отчеты о качестве воды в их регионе. Эти отчеты известны как отчеты 303(d) и 305(b), названные по соответствующим положениям CWA, и представляются в EPA для утверждения. Эти отчеты составляются регулирующей юрисдикцией, как правило, государственным агентством по охране окружающей среды. EPA рекомендует каждому штату представлять единый «Интегрированный отчет», включающий список водных объектов с нарушенным качеством воды и информацию о состоянии всех водных объектов в штате. Национальный отчет об инвентаризации качества воды, представляемый в Конгресс, является общим отчетом о качестве воды, предоставляющим общую информацию о протяженности ручьев и рек и их общем состоянии. CWA требует от штатов устанавливать стандарты для каждого из возможных назначенных видов использования, которые они определяют для своих вод. Если имеются доказательства или данные, свидетельствующие о том, что ручей, река или озеро не соответствует критериям качества воды для одного или нескольких назначенных видов использования, он включается в список водных объектов с нарушенным качеством воды. После включения водного объекта в этот список штат должен разработать план управления, устанавливающий общую максимальную суточную нагрузку (TMDL) для загрязняющих веществ, ухудшающих использование воды. Эти TMDL определяют необходимые сокращения для полного обеспечения целевого использования воды. Стандарты качества питьевой воды, применимые к системам общественного водоснабжения, устанавливаются EPA в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде.