Качество воды — это химические, физические и биологические характеристики воды, основанные на стандартах ее использования. Они чаще всего используется применительно к набору стандартов, соответствие которым, как правило, достигается путем очистки воды, может быть оценено. Наиболее распространенные стандарты, используемые для мониторинга и оценки качества воды, отражают здоровье экосистем, безопасность контактов с людьми и состояние питьевой воды. Качество воды оказывает значительное влияние на водоснабжение и часто определяет варианты снабжения.
Категории Параметры качества воды определяются целевым назначением. Работа в области качества воды, как правило, сосредоточена на воде, которая обрабатывается для питьевой воды, промышленного/бытового использования или восстановления (окружающей среды/экосистемы, как правило, для здоровья человека/водной флоры и фауны).
Потребление человеком Загрязнители, которые могут находиться в неочищенной воде, включают микроорганизмы, такие как вирусы, простейшие и бактерии; неорганические загрязнители, такие как соли и металлы; органические химические загрязнители промышленных процессов и использования нефти; пестициды и гербициды; и радиоактивные загрязнители. Качество воды зависит от местной геологии и экосистемы, а также от использования человеком таких факторов, как рассеивание сточных вод, промышленное загрязнение, использование водных объектов в качестве теплоотвода и чрезмерное использование (что может привести к снижению уровня воды).
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) ограничивает количество определенных загрязняющих веществ в водопроводной воде, предоставляемой американскими общественными системами водоснабжения. Закон о безопасной питьевой воде уполномочивает EPA издавать два типа стандартов:
первичные стандарты регулируют вещества, которые потенциально влияют на здоровье человека; вторичные стандарты предписывают эстетические качества, которые влияют на вкус, запах или внешний вид.
Правила Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) устанавливают ограничения для загрязняющих веществ в бутилированной воде. Можно разумно ожидать, что питьевая вода, включая воду в бутылках, будет содержать по крайней мере небольшое количество некоторых загрязняющих веществ. Наличие этих загрязняющих веществ не обязательно указывает на то, что вода представляет опасность для здоровья.
В урбанизированных районах по всему миру технология очистки воды используется в муниципальных системах водоснабжения для удаления загрязняющих веществ из исходной воды (поверхностных или подземных вод) перед ее распределением по домам, предприятиям, школам и другим получателям. Вода, взятая непосредственно из ручья, озера или водоносного горизонта и не прошедшая никакой обработки, будет иметь неопределенное качество с точки зрения пригодности для питья.
Промышленное и бытовое использование Растворенные ионы могут влиять на пригодность воды для целого ряда промышленных и бытовых целей. Наиболее известным из них, вероятно, является присутствие кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), которые мешают очищающему действию мыла и могут образовывать твердые сульфатные и мягкие карбонатные отложения в водонагревателях или бойлерах. Жесткая вода может быть смягчена для удаления этих ионов. Процесс размягчения часто заменяет катионы натрия. Для некоторых групп населения жесткая вода может быть предпочтительнее мягкой, поскольку проблемы со здоровьем связаны с дефицитом кальция и избытком натрия. Потребность в дополнительном кальции и магнии в воде зависит от населения, о котором идет речь, потому что люди обычно удовлетворяют свои рекомендуемые количества через пищу.
Экологическое качество воды Экологическое качество воды, также называемое качеством окружающей среды, относится к таким водным объектам, как озера, реки и океаны. Стандарты качества воды для поверхностных вод значительно различаются из-за различных условий окружающей среды, экосистем и предполагаемого использования человеком. Токсичные вещества и высокие популяции некоторых микроорганизмов могут представлять опасность для здоровья для непьющих целей, таких как орошение, плавание, рыбалка, рафтинг, катание на лодках и промышленное использование. Эти условия могут также повлиять на дикую природу, которая использует воду для питья или в качестве среды обитания. Согласно EPA, законы о качестве воды обычно определяют защиту рыболовства и рекреационного использования и требуют, как минимум, сохранения текущих стандартов качества.
Среди населения есть некоторое желание вернуть водоемы в первозданные, или доиндустриальные условия. Большинство современных природоохранных законов фокусируются на обозначении конкретных видов использования водного объекта. В некоторых странах эти обозначения допускают некоторое загрязнение воды до тех пор, пока конкретный тип загрязнения не наносит вреда назначенным видам использования. Учитывая изменения ландшафта (например, освоение земель, урбанизация, расчистка лесных массивов) в водосборных бассейнах многих пресноводных водоемов, возвращение к первозданным условиям было бы серьезной проблемой. В этих случаях ученые-экологи сосредотачиваются на достижении целей поддержания здоровых экосистем и могут сосредоточиться на защите популяций вымирающих видов и защите здоровья человека.
Отбор проб и измерение Сложность качества воды как субъекта отражается во многих типах измерений показателей качества воды. Некоторые измерения качества воды наиболее точно производятся на месте, поскольку вода существует в равновесии с окружающей средой. Измерения, обычно проводимые на месте и в непосредственном контакте с рассматриваемым источником воды, включают температуру, рН, растворенный кислород, проводимость, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), мутность и глубину диска Секки.
Сбор образцов Более сложные измерения часто проводятся в лаборатории, требующей, чтобы проба воды была собрана, сохранена, транспортирована и проанализирована в другом месте. Процесс отбора проб воды создает две существенные проблемы:
Первая проблема заключается в том, насколько образец может быть репрезентативным для интересующего источника воды. Источники воды меняются в зависимости от времени и местоположения. Измерение интереса может варьироваться в зависимости от сезона или от дня к ночи или в ответ на некоторую деятельность человека или природных популяций водных растений и животных. Измерение интереса может варьироваться в зависимости от расстояний от границы воды с вышележащей атмосферой и подстилающей или ограничивающей почвой. Пробоотборник должен определить, удовлетворяет ли одно время и место потребностям исследования, или же представляющее интерес водопользование может быть удовлетворительно оценено по усредненным значениям отбора проб во времени и месте, или же критические максимумы и минимумы требуют индивидуальных измерений в диапазоне времен, мест или событий. Процедура сбора проб должна обеспечивать правильное взвешивание отдельных времен отбора проб и мест, где уместно усреднение. Там, где существуют критические максимальные или минимальные значения, статистические методы должны применяться к наблюдаемым вариациям, чтобы определить достаточное количество выборок для оценки вероятности превышения этих критических значений.
Вторая проблема возникает, когда проба удаляется из источника воды и начинает устанавливать химическое равновесие со своим новым окружением — контейнером для пробы. Контейнеры для проб должны быть изготовлены из материалов с минимальной реакционной способностью с измеряемыми веществами, и предварительная очистка контейнеров для проб имеет важное значение. Проба воды может растворить часть контейнера для пробы и любой остаток на этом контейнере, а химические вещества, растворенные в пробе воды, могут сорбироваться на контейнере для пробы и оставаться там, когда вода выливается для анализа. Аналогичные физические и химические взаимодействия могут иметь место с любыми насосами, трубопроводами или промежуточными устройствами, используемыми для переноса пробы воды в контейнер для пробы. Вода, собранная из глубин под поверхностью, обычно удерживается при пониженном давлении атмосферы; поэтому газ, растворенный в воде, будет собираться в верхней части контейнера. Атмосферный газ над водой также может растворяться в пробе воды. Другие равновесия химических реакций могут измениться, если проба воды изменит температуру. Мелкодисперсные твердые частицы, ранее взвешенные турбулентностью воды, могут оседать на дно контейнера для образцов, или твердая фаза может образоваться в результате биологического роста или химического осаждения. Микроорганизмы в воде могут биохимически изменять концентрацию кислорода, углекислого газа и органических соединений. Изменение концентрации углекислого газа может изменить рН и изменить растворимость интересующих химических веществ. Эти проблемы вызывают особую озабоченность при измерении химических веществ, которые считаются значимыми при очень низких концентрациях.
Сохранение образца может частично решить вторую проблему. Общепринятая процедура заключается в том, чтобы держать образцы холодными, чтобы замедлить скорость химических реакций и фазовых изменений, и анализировать образец как можно скорее; но это просто минимизирует изменения, а не предотвращает их. Полезная процедура для определения влияния контейнеров для образцов во время задержки между сбором образцов и анализом включает подготовку к двум искусственным образцам заранее перед событием отбора проб. Один контейнер для образцов заполнен водой, которая, как известно из предыдущего анализа, не содержит обнаруживаемого количества интересующего химического вещества. Этот образец, называемый «пустым», вскрывается для воздействия на атмосферу, когда образец, представляющий интерес, собирается, затем запечатывается и транспортируется в лабораторию вместе с образцом для анализа, чтобы определить, ввели ли процедуры сбора или хранения образцов какое-либо измеримое количество интересующего химического вещества. Второй искусственный образец собирают с интересующей пробы, но затем «подсыпают» измеренное дополнительное количество интересующего химического вещества в момент сбора. Пустая (отрицательный контроль) и шипованная проба (положительный контроль) переносятся с интересующей пробой и анализируются теми же методами в одно и то же время для определения любых изменений, указывающих на прибыль или убытки в течение прошедшего времени между сбором и анализом.
Тестирование в ответ на стихийные бедствия и другие чрезвычайные ситуации После таких событий, как землетрясения и цунами, агентства по оказанию помощи немедленно реагируют на происходящие операции по оказанию чрезвычайной помощи, чтобы попытаться восстановить базовую инфраструктуру и обеспечить основные фундаментальные предметы, необходимые для выживания и последующего восстановления. Угроза заболевания значительно возрастает из-за большого числа людей, живущих близко друг к другу, часто в убогих условиях и без надлежащей санитарии.
После стихийного бедствия, что касается проверки качества воды, существуют широко распространенные мнения о том, как лучше всего действовать, и могут быть использованы различные методы. Ключевыми основными параметрами качества воды, которые необходимо учитывать в чрезвычайной ситуации, являются бактериологические показатели фекального загрязнения, остаточный свободный хлор, рН, мутность и, возможно, проводимость/общее количество растворенных твердых веществ. Существует множество методов обеззараживания.