مراقبة جودة المياه
من أجل فهم ما إذا كان تلوث المياه العادمة يؤثر على بيئة معينة أو تحديد مصدر المشكلة ومداها ، من المهم للمديرين إنشاء شروط أساسية وإعداد برنامج مراقبة. حتى أصغر مشاريع أخذ العينات تستفيد من التخطيط الدقيق لتحديد المشكلة ، وتحديد طرق واضحة وخطوات ضمان الجودة ، والنظر في معالجة البيانات وخطط الاتصال.
المراحل الرئيسية في برنامج جودة المياه هي:
- عرف المشكلة. ما هي التأثيرات المحتملة لمياه الصرف الصحي التي تأمل في تحديدها؟ ما هي البيانات الموجودة بالفعل، مثل المعلومات الخاصة بالموقع حول البنية التحتية لمياه الصرف الصحي؟
- قم بإجراء مراقبة مستهدفة لجودة المياه باستخدام العمليات التي تتضمن مدخلات من الخبراء حيثما أمكن ذلك (على سبيل المثال، ما هي المواقع التي يجب مراقبتها، وما هي المؤشرات التي يجب التركيز عليها، وكيف سيتم جمع البيانات).
- إعداد وتنفيذ دراسات متقدمة للمساعدة في تتبع مصادر التلوث.
- قم بتحليل وتلخيص البيانات للتواصل مع الشركاء وصناع القرار وأي أصحاب مصلحة مهمين آخرين، مع الأخذ في الاعتبار البيانات التي تجذب جمهورك.
- استخدم المعلومات لتوجيه عملية التخطيط أو إجراء الإدارة.
قم بالتسجيل في موقعنا المجاني الذاتي دورة على الإنترنت حول تلوث مياه الصرف الصحي لمعرفة المزيد حول هذه المراحل الرئيسية.
لاكتشاف التغيرات في جودة المياه المتعلقة بمياه الصرف الصحي ، يجب على مديري الشعاب المرجانية النظر في قياس المؤشرات التالية:
يعتبر النيتروجين والفوسفور ، وهما من العناصر الغذائية الأساسية للنباتات والحيوانات ، من المؤشرات الشائعة للمغذيات. تشمل مصادر النيتروجين تصريفات محطات معالجة مياه الصرف الصحي ، والجريان السطحي من المروج المخصبة والأراضي الزراعية ، والبرك وأنظمة الصرف الصحي الفاشلة ، والجريان السطحي من روث الحيوانات ومناطق التخزين ، والتصريفات الصناعية التي تحتوي على مثبطات التآكل. تشمل القياسات الشائعة للنيتروجين والفوسفور ما يلي: النيتروجين الكلي (جميع أشكال النيتروجين العضوية وغير العضوية والمذابة والجسيمات الموجودة في العينة) ، والأمونيا ، والنترات ، والنتريت ، والفوسفور الكلي (جميع أشكال الفوسفور).
أخيرًا ، تعتبر السيليكات مقياسًا كيميائيًا مهمًا يمثل علامة على المياه الجوفية. يشير ارتفاع السيليكات إلى مصادر المياه العذبة. عادة ما يتم قياس السيليكات في المختبر مع النترات والفوسفات. يمكن قياس هذه المؤشرات بواسطة محلل تلقائي أو مرفق معمل بحوالي 50 دولارًا أمريكيًا / عينة.
يمكن قياس الملوحة بتكلفة زهيدة باستخدام مقياس الانكسار ودرجة الحرارة بجهاز استشعار محمول. قد تكون الملوحة مفيدة بشكل خاص عند تحديد المواقع للمراقبة طويلة المدى.
الأكسجين المذاب (DO) هو عامل مهم في تقييم جودة المياه بسبب تأثيره على الكائنات البحرية.
يمكن أن يشير انخفاض مستوى الأكسجين المذاب إلى وفرة العوالق النباتية أو البكتيريا التي تستهلك الأكسجين. يتم قياس الأكسجين المذاب باستخدام مقياس جودة المياه متعدد المعلمات - أو المسبار - (بتكلفة تتراوح بين 1,000 إلى 15,000 دولار أمريكي).
العكارة - اختبار رئيسي لوضوح الماء الذي قد يتأثر بالعوالق النباتية - يتم تقييمه بشكل شائع باستخدام قرص Secchi لقياس العمق الذي يخترقه ضوء الشمس.
تعمل الطرق الرقمية المحمولة الأخرى ، مثل مقياس التوصيلية ومقياس التعكر على تعزيز القدرة على جمع البيانات في الوقت الفعلي ولكنها تتطلب الصيانة والمعايرة.
بكتيريا مؤشر البراز (FIB) من النفايات البشرية مثل E. كولاي, معويالطرق أو المطثية الحاطمة يمكن استخدامها لتحديد مياه الصرف الصحي. تم تطوير اختبارات ميدانية بسيطة لاختبار FIB في الماء. أحد الأمثلة في حالة المناطق الريفية في تنزانيا حيث تم تقديم اختبارات كبريتيد الهيدروجين إلى 433 أسرة ، مما يمكنهم من مراقبة مصادر المياه الخاصة بهم واتخاذ خيارات مستنيرة بشأن سلامة المياه ومعالجتها. لسوء الحظ بالنسبة للمديرين البحريين ، في المناطق الساحلية ، يكون تركيز البكتيريا عادةً منخفضًا جدًا لهذه الأنواع من الاختبارات الميدانية والتحليل المعملي لاكتشافها.
هناك خيار آخر يتمثل في جمع عينات المياه وإجراء اختبار FIB باستخدام مختبر الأقمار الصناعية (حوالي 3,000 دولار أمريكي) أو طريقة المختبر والزراعة التقليدية، مثل اختبار Enterolert (IDEXX) الذي تستخدمه Surfrider بتكلفة تبلغ حوالي 11 دولارًا أمريكيًا للعينة.
الكلوريدات a هو الصباغ الأخضر الرئيسي للتمثيل الضوئي الموجود في جميع النباتات بما في ذلك الطحالب النباتية والعوالق النباتية الأولية. تركيز الكلوروفيل a في مياه الشعاب المرجانية يعد مؤشرا على وفرة العوالق النباتية وكتلتها الحيوية، والتي تعد المصدر المباشر أو غير المباشر للغذاء لمعظم الحيوانات البحرية. انخفاض الكلوروفيل a تشير المستويات إلى حالة مياه جيدة. ومع ذلك ، فإن استمرار المستويات المرتفعة على المدى الطويل هو الذي يمثل مشكلة ، مثل الكلوروفيل a يجب رصدها شهريًا على الأقل لتحديد التغيرات الموسمية في الكتلة الحيوية للعوالق النباتية. الكلوروفيل a يمكن قياسها باستخدام معدات الترشيح والمختبر ، وإذا تم إرسالها إلى المختبر ، فستكون التكلفة حوالي 20 دولارًا أمريكيًا / عينة.
ويمكن لهذه البيانات تحديد الأنماط والتغيرات الرئيسية إذا تم جمعها على مدى سنوات عديدة. يمكن للمديرين استخدام هذه المعلومات للبدء في ربط بيانات / أنماط جودة المياه مع أنماط صحة المرجان والنسبة المئوية للغطاء المرجاني. كما أن هذه المؤشرات فعالة نسبياً من حيث التكلفة. هناك العديد من الاختبارات الميدانية التي يمكن إجراؤها باستخدام مجموعات محمولة أو أجهزة محمولة رخيصة الثمن نسبيًا (أقل من 1,000 دولار أمريكي). تتطلب هذه الاختبارات الميدانية عينات مياه صغيرة الحجم وتقدم النتائج في غضون دقائق. بالنسبة للمديرين الذين لديهم وقت أو ميزانية محدودة للالتزام ببرنامج المراقبة، فهذه هي الطرق الأولى التي يمكن استخدامها. قد يفكر المديرون في حدود الكشف عن هذه الأساليب وما إذا كانت مناسبة لمنطقتهم. على سبيل المثال، في مياه المحيط الصافية، قد يكون من الصعب التقاط الكلوروفيل a قم بالإشارة أو استخدم قرص Secchi.
اختبارات للكشف عن التغيرات في جودة المياه:
| الدلالة | طريقة الاختبار / المواد |
|---|---|
| الكلوروفيل أ | متر الكلوروفيل |
| DO (الأكسجين المذاب) | قياس المستشعر أو المسعر |
| إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) أو العكارة | قرص Secchi أو مقياس التعكر أو أجهزة الاستشعار |
من المهم أن ندرك أن هذه المؤشرات لا تشير بشكل مباشر إلى تلوث مياه الصرف الصحي لأن المصادر أو العوامل الأخرى يمكن أن تساهم في تعديل المستويات. على سبيل المثال، يمكن أن تأتي العناصر الغذائية من الزراعة أو التنمية، ويمكن أيضًا أن تأتي البكتيريا البرازية من الحيوانات أو التربة.
تتبع مصادر التلوث
يعد تحديد وجود مياه الصرف الصحي في المحيط أمرًا صعبًا ويعتمد على اختبارات متعددة لتحديد الملوثات المختلفة الموجودة عادة في مياه الصرف الصحي. يمكن للاختبارات الأكثر تطورًا التي تقيس نظائر النيتروجين والملوثات التي لها مصدر بشري مثل المستحضرات الصيدلانية ومركبات النفايات العضوية، مثل مستقلبات المنظفات أو المضافات الغذائية، أن تساعد في تأكيد مياه الصرف الصحي ومصدرها (مصادرها).
هناك اختبارات يمكن أن توفر قياسات أكثر تحديدًا وتحدد الملوثات المرتبطة بشكل أكثر شيوعًا بمياه الصرف الصحي، لكن تشغيلها غالبًا ما يكون مكلفًا لأنها تتطلب الوصول إلى آلات متخصصة ومكلفة وفنيين مدربين.
اختبارات لتتبع مصادر التلوث:
| الدلالة | طريقة اختبار |
|---|---|
| كافيين | قياس الطيف الكتلي |
| الحمض النووي | اختبار معمل (eDNA qPCR أو قياس التألق) |
| المستحضرات الصيدلانية | إليسا ، المقايسات الحيوية |
| اضطرابات الغدد الصماء (مثل هرمون الاستروجين) | قياس الطيف الكتلي والمقايسات الحيوية (التعرض لمزارع الأسماك أو الأنسجة) |
| البكتيريا (E. coli ، E. faecalis ، C. perfringens) | القياس الكمي عن طريق عدد الصفائح غير المتجانسة أو المصفوفة الدقيقة أو qPCR |
| المعادن | قياس الطيف الكتلي |
| نظائر النيتروجين | قياس الطيف الكتلي |
| ستيرول | قياس الطيف الكتلي |
| السكرلوز | قياس الطيف الكتلي |
يتم أخذ عينات المياه في الحقل وغالبًا ما تتطلب كميات كبيرة يجب تركيزها لإجراء التحليل. إذا لم يكن المختبر قريبًا ، فيمكن شحن العينات ، لكن درجة الحرارة والوقت والتكلفة كلها قيود. من المستحسن أن يعمل المديرون على إنشاء علاقات تعاون أو شراكات مع الجامعات المحلية ، التي غالبًا ما تكون متحمسة لجعل الطلاب يعملون في قضايا الحياة الواقعية ، ويمكنهم المساعدة في تعويض تكاليف تحليل العينات وتحليل البيانات من خلال تمويل المنح. يساهم كل مؤشر لجودة المياه في فهمنا للملوثات الموجودة في مياهنا. يمكن لاستراتيجيات المراقبة والتحليل التي تجمع قياسات العديد من المؤشرات ، جنبًا إلى جنب مع خرائط مواقع التصريف ، أن تحدد بدقة أكبر أنواع ومصادر تلوث مياه الصرف الصحي.
راجع قسم الموارد للحصول على منهجيات أكثر تفصيلاً لمراقبة جودة المياه.
أمثلة على برامج المراقبة
- Hui O Ka Wai Ola في ماوي، هاواي هو برنامج لأخذ عينات من جودة المياه وتتمثل مهمته في تعميق فهم جودة المياه الساحلية في ماوي من خلال العلم والدعوة لتسريع التغيير الإيجابي.
- يقوم المتطوعون بجمع عينات المياه لتتبع التعكر والنترات باستخدام أساليب وكالة حماية البيئة الموحدة التي وافقت عليها وزارة الصحة في ولاية هاواي. يتم جمع العينات والبيانات من قبل علماء مواطنين متطوعين ويتم استخدامها لاتخاذ القرارات حول معايير جودة المياه وخطط الإدارة.
- يتم دمج البيانات المستمدة من جهود أخذ العينات الميدانية في قاعدة بيانات تدعم المراقبة المستمرة التي يتم استخدامها في التحليل، لتتبع أحداث التلوث، والتعرف على جودة المياه واتجاهات الشعاب المرجانية مع مرور الوقت.
- الهدف من برنامج فريق عمل Surfrider Bluewater هو رفع مستوى الوعي حول مشاكل التلوث المحلية وجمع المجتمعات معًا لتنفيذ الحلول.
- ويضم 50 مختبرًا ومتطوعًا يديرهم الفصل الذين يقومون باختبار جودة المياه في شواطئ ركوب الأمواج بما في ذلك تلك الموجودة في هاواي وفلوريدا وبورتوريكو.
- تقيس اختبارات المياه بكتيريا مؤشر البراز (بكتيريا المكورات المعوية، والتي تختلف عن برنامج ماوي الذي يختبر التعكر والنترات) وتختبر مصادر مختلفة للتلوث (أنابيب الصرف الصحي، وما إلى ذلك) ثم تتم مقارنتها بمعايير جودة المياه التي وضعتها وكالة حماية البيئة حماية الصحة العامة في المياه الترفيهية.
بيانات لبرامج الرصد
هناك حاجة إلى أدوات قياس وإعداد تقارير مبتكرة وفعالة من حيث التكلفة لمساعدة المديرين البحريين على الكشف عن قضايا ومصادر تلوث مياه الصرف الصحي بطرق أقل كثافة في استخدام الموارد. البيانات بما في ذلك التصورات والنمذجة والاستشعار عن بعد والصور المكانية تكمل جهود مراقبة تلوث مياه الصرف الصحي وتساعد في توجيه إجراءات الإدارة. يمكن أن تكون النماذج التي تم إنشاؤها باستخدام البيانات المحلية مفيدة بشكل خاص في التنبؤ بجودة المياه.
وتقوم أدوات أخرى بجمع البيانات العالمية عن ازدهار الطحالب، وأحداث ابيضاض المرجان، وتقلبات سطح البحر، واحتمالات التخثث، والتي لها تطبيق محلي وأهميتها. ويمكن دمج البيانات المتاحة للعامة مع البيانات الجغرافية المحلية، مثل مواقع محطات معالجة مياه الصرف الصحي، لفهم مصادر التلوث. يمكن للمديرين أيضًا دمج هذه البيانات مع الاختبارات الميدانية والمعملية لفهم الظروف الأساسية، وتحديد أولويات اختبارات المراقبة، وتحديد فجوات البيانات لقياس التغيرات في جودة المياه بشكل أفضل بمرور الوقت. تتضمن أمثلة منصات البيانات/أدوات التصور عبر الإنترنت ما يلي:
- نقاط تحول المحيط، والذي يقدم مقاييس قابلة للقياس الكمي لنوعية المياه (مثل مستويات النيتروجين والفوسفور) مع ظروف الشعاب المرجانية المرصودة في خريطة تفاعلية. توفر هذه الأداة مجموعة بيانات لجزر هاواي وتدعم إجراءات الإدارة لحماية النظم البيئية للشعاب المرجانية. ويتضمن أيضًا طبقة مغذية تم إنشاؤها باستخدام نموذج InVEST NDR، والذي يبحث على نطاق واسع في مصادر النيتروجين والفوسفور.
- ألين كورال أطلس، والذي يستخدم صور الأقمار الصناعية عالية الدقة والتحليلات المتقدمة لرسم خريطة للشعاب المرجانية في العالم بتفاصيل غير مسبوقة. تمت إضافة طبقة تعكر جديدة، والتي يمكن أن تكون مفيدة لمراقبة نوعية المياه. تدعم هذه المنتجات علوم الشعاب المرجانية وإدارتها وحفظها وسياساتها في جميع أنحاء الكوكب.
كيف يمكن للمراقبة أن تفيد لوائح الصرف الصحي
يمكن أن تساعد اللوائح في التخفيف من تلوث مياه الصرف الصحي على سبيل المثال من خلال توفير بيانات حول عتبات التلوث. ويمكن بعد ذلك تنفيذ وضع لوائح محلية لمنع الملوثات التي تنقلها مياه الصرف الصحي من الوصول إلى العتبة. ومع تحديد عتبات التلوث، يمكن للمجتمعات أن تحدد بشكل أفضل متى ينبغي اتخاذ استجابات محددة، مثل إغلاق الشواطئ للترفيه أو إصدار تحذير من غلي الماء. ومع ذلك، فإن التناقضات التنظيمية يمكن أن تشكل تحديًا معقدًا لمديري مياه الصرف الصحي، مما يجعل وضع الحدود وإنفاذها أمرًا صعبًا.
تم تنفيذ العديد من الأدوات من قبل وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) لتحديد عتبات الملوثات للمسطحات المائية والحياة المائية. العتبة شائعة الاستخدام هي الحد الأقصى للحمل اليومي الإجمالي، أو TMDL، الذي يحد من كمية ملوث معين المسموح له بدخول المسطحات المائية. وهذا فعال بشكل خاص بالنسبة لملوثات مياه الصرف الصحي المشتقة من مصادر غير نقطية. يتضمن عدد قليل من أدوات وكالة حماية البيئة الإضافية طبقات بيانات المغذيات (NPDAT) ، برنامج نمذجة جودة المياه (WASP) ، وأداة تشخيصية للضرر البيولوجي (كاديس). يمكن لهذه الأدوات أن تساعد المديرين على تحديد وإنفاذ عتبات تلوث مياه الصرف الصحي.