Monitoreo de calidad del agua

Tubería de alcantarillado submarina. Foto © Grafner/iStock

Para comprender si la contaminación de las aguas residuales está afectando un medio ambiente en particular o establecer la fuente y el alcance del problema, es importante que los gerentes establezcan las condiciones de referencia y establezcan un programa de monitoreo. Incluso los proyectos de muestreo más pequeños se benefician de una planificación cuidadosa para identificar el problema, definir métodos claros y pasos de garantía de calidad, y considerar el procesamiento de datos y los planes de comunicación.

Las etapas clave en un programa de calidad del agua son:

  1. Define el problema. ¿Qué posibles impactos de las aguas residuales espera identificar? ¿Qué datos existen ya, como información específica del sitio sobre la infraestructura de aguas residuales?
  2. Llevar a cabo un monitoreo específico de la calidad del agua utilizando procesos que incorporen aportes de expertos cuando sea posible (por ejemplo, qué sitios monitorear, en qué indicadores centrarse, cómo se recopilarán los datos).
  3. Desarrollar e implementar estudios avanzados para ayudar a rastrear las fuentes de contaminación.
  4. Analice y resuma datos para comunicarlos a socios, tomadores de decisiones y otras partes interesadas importantes, teniendo en cuenta qué datos son atractivos para su audiencia.
  5. Utilice la información para guiar un proceso de planificación o una acción de gestión.

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Para detectar cambios en la calidad del agua relacionados con las aguas residuales, los administradores de arrecifes deben considerar medir los siguientes indicadores:

El nitrógeno y el fósforo, nutrientes esenciales para plantas y animales, son indicadores comunes de nutrientes. Las fuentes de nitrógeno incluyen descargas de plantas de tratamiento de aguas residuales, escorrentías de céspedes fertilizados y tierras de cultivo, pozos negros y sistemas sépticos defectuosos, escorrentías de estiércol animal y áreas de almacenamiento y descargas industriales que contienen inhibidores de corrosión. Las medidas comunes de nitrógeno y fósforo incluyen: Nitrógeno total (todas las formas orgánicas e inorgánicas, disueltas y particuladas de nitrógeno que se encuentran en una muestra), amoníaco, nitratos, nitritos y fósforo total (todas las formas de fósforo).

Por último, el silicato es una medida química importante que es una característica del agua subterránea. Los altos niveles de silicatos indican fuentes de agua dulce. El silicato generalmente se mide en un laboratorio junto con el nitrato y el fosfato. Estos indicadores se pueden medir con un autoanalizador o un laboratorio por ~ $ 50 USD / muestra.

La salinidad se puede medir de forma económica con un refractómetro y la temperatura con un sensor portátil. La salinidad puede ser especialmente útil al identificar sitios para monitoreo a largo plazo.

El oxígeno disuelto (OD) es un parámetro importante en la evaluación de la calidad del agua debido a su influencia en los organismos marinos.

Un nivel bajo de OD puede indicar una abundancia de fitoplancton o bacterias que están consumiendo oxígeno. El OD se mide utilizando un medidor (o sonda) de calidad del agua multiparamétrico calibrado (que cuesta entre 1,000 y 15,000 XNUMX dólares estadounidenses).

La turbidez, una prueba clave de la claridad del agua que podría verse afectada por el fitoplancton, se evalúa comúnmente utilizando un disco de Secchi para medir la profundidad a la que penetra la luz solar.

Otros métodos digitales portátiles, como un conductímetro y un medidor de turbidez, mejoran la capacidad de recopilar datos en tiempo real, pero requieren mantenimiento y calibración.

Bacterias indicadoras fecales (FIB) de desechos humanos como E. coli, Enterococoo C. perfringens se puede utilizar para identificar aguas residuales. Se han desarrollado pruebas de campo simples que prueban FIB en agua. Un ejemplo está en el caso de la tanzania rural donde se proporcionaron pruebas de sulfuro de hidrógeno a 433 hogares, lo que les permitió monitorear sus propias fuentes de agua y tomar decisiones informadas sobre la seguridad y el tratamiento del agua. Desafortunadamente para los administradores marinos, en las regiones costeras la concentración de bacterias suele ser demasiado baja para este tipo de pruebas de campo y se requieren análisis de laboratorio para detectarlas.

Otra opción es recolectar muestras de agua y realizar pruebas FIB utilizando un laboratorio satélite (~$3,000 USD) o un laboratorio tradicional y un método de cultivo, como la prueba Enterolert (IDEXX) utilizada por Surfrider a un costo de aproximadamente $11 USD/muestra.

Clorofila a es el principal pigmento fotosintético verde que se encuentra en todas las plantas, incluidas las algas fitoplanctónicas, y un sustituto de los productores primarios planctónicos. La concentración de clorofila. a en las aguas de los arrecifes de coral es un indicador de la abundancia y biomasa del fitoplancton, que es la fuente directa o indirecta de alimento de la mayoría de los animales marinos. Clorofila baja a los niveles sugieren un buen estado del agua. Sin embargo, es la persistencia a largo plazo de niveles elevados lo que constituye un problema, por lo que la clorofila a debe ser monitoreado al menos una vez al mes para cuantificar los cambios estacionales en la biomasa del fitoplancton. Clorofila a se puede medir con equipos de laboratorio y filtración y, si se envía a un laboratorio, cuesta ~ $ 20 USD / muestra.

Estos datos pueden identificar patrones y cambios importantes si se recopilan durante muchos años. Los administradores pueden utilizar esta información para comenzar a correlacionar los datos/patrones de calidad del agua con los patrones de salud de los corales y el porcentaje de cobertura de coral. Estos indicadores también son relativamente rentables. Hay varias pruebas de campo que se pueden realizar con kits portátiles o dispositivos portátiles relativamente económicos (<$1,000 USD). Estas pruebas de campo requieren muestras de agua de pequeño volumen y proporcionan resultados en cuestión de minutos. Para los gerentes con tiempo o presupuesto limitados para comprometerse con un programa de monitoreo, estos son los primeros métodos que pueden utilizar. Los administradores podrían considerar cuáles son los límites de detección de estos métodos y si son apropiados en su región. Por ejemplo, en aguas claras del océano, podría resultar difícil recoger clorofila. a señal o utilizar un disco Secchi.

Pruebas para detectar cambios en la calidad del agua:

INDICADORMÉTODO DE ENSAYO / MATERIALES
Clorofila aMedidor de clorofila
DO (oxígeno disuelto)Medición de sensor o calorímetro
Sólidos totales disueltos (TDS) o turbidezDisco Secchi, medidor de turbidez o sensores

Es importante reconocer que estos indicadores no indican directamente la contaminación de las aguas residuales, ya que otras fuentes o factores pueden contribuir a la modificación de los niveles. Por ejemplo, los nutrientes podrían provenir de la agricultura o el desarrollo y las bacterias indicadoras fecales también pueden provenir de animales o suelos.

Rastreo de fuentes de contaminación

Identificar la presencia de aguas residuales en el océano es difícil y depende de múltiples pruebas para identificar diferentes contaminantes que se encuentran comúnmente en las aguas residuales. Pruebas más sofisticadas que miden isótopos de nitrógeno y contaminantes de origen humano, como productos farmacéuticos y compuestos de desechos orgánicos, como metabolitos de detergentes o aditivos alimentarios, pueden ayudar a confirmar las aguas residuales y sus fuentes.

Hay pruebas que pueden proporcionar mediciones más específicas e identificar contaminantes más comúnmente asociados con las aguas residuales, pero a menudo son costosas de realizar porque requieren acceso a máquinas costosas y especializadas y a técnicos capacitados.

Pruebas para rastrear fuentes de contaminación:

INDICADORMÉTODO DE PRUEBA
CafeínaEspectrometría de masas
ADNPrueba de laboratorio (eDNA qPCR o cuantificación de fluorescencia)
FarmacéuticosELISA, bioensayos
Alteradores endocrinos (p. Ej., Estrógeno)Espectrometría de masas, bioensayos (exposición de peces o cultivos de tejidos)
Bacterias (E. coli, E. faecalis, C. perfringens)Medición de cuantificación mediante recuento de placas heterotróficas, microarrays o qPCR
MetalesEspectrometría de masas
Isótopos de nitrógenoEspectrometría de masas
EsterolesEspectrometría de masas
La sucralosaEspectrometría de masas

Las muestras de agua se toman en el campo y, a menudo, requieren grandes volúmenes que deben concentrarse para realizar el análisis. Si no hay un laboratorio cerca, las muestras se pueden enviar, pero la temperatura, el tiempo y el costo son todas limitaciones. Se recomienda que los gerentes trabajen en la creación de colaboraciones o asociaciones con universidades locales, que a menudo están entusiasmadas de que los estudiantes trabajen en problemas de la vida real y pueden ayudar a compensar los costos del análisis de muestras y el análisis de datos con fondos de subvenciones. Cada indicador de la calidad del agua contribuye a que comprendamos qué contaminantes hay en nuestra agua. Las estrategias de monitoreo y análisis que compilan mediciones de varios indicadores, combinadas con el mapeo de los lugares de descarga, pueden identificar con mayor precisión los tipos y fuentes de contaminación de las aguas residuales.

Consulte la sección de Recursos para conocer metodologías de monitoreo de la calidad del agua más detalladas.

 

Ejemplos de programas de seguimiento

  • Hui O Ka Wai Ola en Maui, Hawai'i, es un programa de muestreo de la calidad del agua cuya misión es profundizar la comprensión de la calidad del agua costera de Maui a través de la ciencia y la promoción para acelerar el cambio positivo.
  • Los voluntarios recolectan muestras de agua para rastrear la turbidez y los nitratos utilizando métodos estandarizados de la EPA aprobados por el Departamento de Salud del Estado de Hawái. Científicos ciudadanos voluntarios recopilan muestras y datos que se utilizan para la toma de decisiones en torno a los estándares de calidad del agua y los planes de gestión.
  • Los datos de los esfuerzos de muestreo de campo se consolidan en una base de datos que respalda el monitoreo continuo que se utiliza en análisis, para rastrear eventos de contaminación y para reconocer la calidad del agua y las tendencias de los arrecifes de coral a lo largo del tiempo.
  • El objetivo del programa Surfrider Bluewater Task Force es crear conciencia sobre los problemas de contaminación locales y reunir a las comunidades para implementar soluciones.
  • Incluye 50 laboratorios administrados por capítulos y voluntarios que analizan la calidad del agua en playas para practicar surf, incluidas las de Hawai, Florida y Puerto Rico.
  • Las pruebas de agua miden bacterias indicadoras fecales (bacteria Enterococcus, que es diferente del programa de Maui que prueba turbidez y nitratos) y prueban diferentes fuentes de contaminación (tuberías de drenaje, etc.) y luego se comparan con los estándares de calidad del agua establecidos por la EPA para proteger la salud pública en aguas recreativas.

Datos para programas de seguimiento

Se necesitan herramientas de medición e informes innovadoras y rentables para ayudar a los administradores marinos a descubrir problemas y fuentes de contaminación de aguas residuales de maneras que requieran menos recursos. Los datos que incluyen visualizaciones y modelos, sensores remotos e imágenes espaciales complementan los esfuerzos de monitoreo de la contaminación de las aguas residuales y ayudan a informar las acciones de gestión. Los modelos creados utilizando datos locales pueden resultar particularmente útiles para predecir la calidad del agua.

Otras herramientas recopilan datos globales sobre proliferación de algas, eventos de blanqueamiento de corales, fluctuaciones de la superficie del mar y potencial de eutrofización, que tienen aplicación y relevancia local. Los datos disponibles públicamente se pueden combinar con datos geográficos locales, como la ubicación de las plantas de tratamiento de aguas residuales, para comprender las fuentes de contaminación. Los administradores también pueden combinar estos datos con pruebas de campo y de laboratorio para comprender las condiciones de referencia, priorizar las pruebas de monitoreo e identificar lagunas de datos para cuantificar mejor los cambios en la calidad del agua a lo largo del tiempo. Ejemplos de estas plataformas de datos/herramientas de visualización en línea incluyen:

  • Puntos de inflexión del océano, que presenta medidas cuantificables de la calidad del agua (como niveles de nitrógeno y fósforo) con las condiciones observadas de los arrecifes en un mapa interactivo. Esta herramienta proporciona un conjunto de datos para las islas hawaianas y respalda acciones de gestión para proteger los ecosistemas de arrecifes. También incluye una capa de nutrientes que se creó utilizando el modelo InVEST NDR, que analiza en términos generales las fuentes de nitrógeno y fósforo.
  • Atlas de coral Allen, que utiliza imágenes satelitales de alta resolución y análisis avanzados para mapear los arrecifes de coral del mundo con un detalle sin precedentes. Se agregó una nueva capa de turbidez, que podría resultar útil para el seguimiento de la calidad del agua. Estos productos respaldan la ciencia, la gestión, la conservación y las políticas de los arrecifes de coral en todo el planeta.

Cómo el monitoreo puede informar las regulaciones de aguas residuales

Las regulaciones pueden ayudar a mitigar la contaminación de las aguas residuales, por ejemplo, proporcionando datos sobre los umbrales de contaminación. Entonces podría implementarse el establecimiento de regulaciones locales para evitar que los contaminantes transmitidos por las aguas residuales alcancen el umbral. Con umbrales de contaminación definidos, las comunidades pueden determinar mejor cuándo se deben tomar respuestas específicas, como cerrar playas para recreación o emitir un aviso de hervir el agua. Sin embargo, las inconsistencias regulatorias pueden presentar un desafío complejo para los administradores de aguas residuales, lo que hace que sea difícil establecer y hacer cumplir los umbrales.

La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) ha implementado varias herramientas para establecer umbrales de contaminantes para los cuerpos de agua y la vida acuática. Un umbral comúnmente utilizado es una carga diaria máxima total, o TMDL, que limita la cantidad de un contaminante específico que se permite ingresar a un cuerpo de agua. Esto es especialmente efectivo para los contaminantes de aguas residuales que se derivan de fuentes difusas. Algunas de las herramientas adicionales de la EPA incluyen capas de datos de nutrientes (NPDAT), un programa de modelado de la calidad del agua (WASP) y una herramienta de diagnóstico para el deterioro biológico (CADDIS). Estas herramientas pueden ayudar a los administradores a identificar y hacer cumplir los umbrales de contaminación de las aguas residuales.

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