Monitoreo de calidad del agua

Pipe Steve Spring Marine Photobank

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 impactos potenciales de las aguas residuales espera identificar? ¿Qué datos ya existen, como información específica del sitio sobre la infraestructura de aguas residuales?
  2. Llevar a cabo un monitoreo específico de la calidad del agua para la calidad del agua utilizando procesos que incorporen aportes de expertos cuando sea posible (por ejemplo, qué sitios monitorear, en qué indicadores enfocarse, cómo se recopilarán los datos)
  3. Desarrollar e implementar estudios avanzados para ayudar a rastrear las fuentes de contaminación.
  4. Analizar y resumir datos para comunicarlos a socios, tomadores de decisiones y cualquier otra parte interesada importante, 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 bajo OD puede indicar una abundancia de fitoplancton o bacterias que consumen oxígeno. El OD se mide utilizando un medidor de calidad de agua multiparamétrico calibrado, o una sonda (con un costo de ~ $ 1,000- $ 15,000 USD).

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, Enterococoy 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 de 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 por 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 para 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 usar esta información para comenzar a correlacionar 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 equipos portátiles o dispositivos de mano relativamente económicos (<$ 1000 USD). Estas pruebas de campo requieren muestras de agua de pequeño volumen y brindan resultados en minutos. Para los gerentes con tiempo o presupuesto limitados para comprometerse con un programa de monitoreo, estos son los primeros métodos que se pueden utilizar. Los gerentes pueden considerar cuáles son los límites de detección para estos métodos y si son apropiados en su región. Por ejemplo, en aguas cristalinas del océano, puede resultar difícil captar una señal de clorofila a o utilizar un disco Secchi.

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 significan 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 pueden provenir de la agricultura o el desarrollo y las bacterias indicadoras de materia fecal también pueden provenir de los animales o del suelo.

Rastrear 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. Las pruebas más sofisticadas que miden los isótopos de nitrógeno y los contaminantes que tienen una fuente humana como los productos farmacéuticos y los compuestos de desechos orgánicos, como los metabolitos de los detergentes o los aditivos alimentarios, pueden ayudar a confirmar las aguas residuales y su (s) fuente (s). Inscríbete en el Curso en línea sobre contaminación de aguas residuales para obtener más información sobre cómo se pueden usar los diferentes tipos de trazadores químicos para comprender mejor de dónde provienen las altas concentraciones de nutrientes.

Estas pruebas pueden proporcionar mediciones más específicas e identificar contaminantes más comúnmente asociados con las aguas residuales, pero a menudo son costosas de ejecutar porque requieren acceso a máquinas especializadas y costosas y técnicos capacitados.
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 obtener metodologías de monitoreo de la calidad del agua más detalladas para los profesionales.

calidad del agua de maui

Mala calidad del agua frente a la costa de Maui. Foto © Bill Rathfon para Hui O Ka Wai Ola (Asociación de Aguas Vivas), una asociación de The Nature Conservancy

Se abre en una nueva ventanaHui O Ka Wai Ola

Hui O Ka Wai Ola es un programa de muestreo de calidad del agua de ciencia ciudadana alineado con los estándares y protocolos del Departamento de Salud de Hawai'i, la Rama de Agua Limpia. Las muestras y los datos recopilados se utilizan para la toma de decisiones sobre los estándares de calidad del agua y los planes de gestión. Las muestras recolectadas en el campo se llevan al laboratorio de una escuela secundaria local dedicado a los procedimientos de monitoreo de la calidad del agua. 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 el 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.

Este programa reconoce las limitaciones que puede presentar cualquier indicador de calidad del agua. Cada indicador de la calidad del agua contribuye a la comprensión, pero ninguna medición es suficientemente concluyente. Por lo tanto, las estrategias que compilan mediciones de varios indicadores son más valiosas. ref.  Esto es especialmente importante debido a la falta de un acuerdo global sobre los umbrales de contaminación. Por ejemplo, el enterococo es el que se mide con mayor frecuencia. bacterias indicadoras fecales (FIB) en ambientes marinos utilizados para determinar cierres de playas y avisos. Sin embargo, otra bacteria que se encuentra en las aguas residuales, Clostridium perfringens, se considera un indicador más preciso de la contaminación por aguas residuales en Hawai'i, pero no está aprobado para su uso en todo el país. ref. La falta de una comprensión coordinada de la resistencia del océano a la contaminación por aguas residuales, ya que afecta tanto a la salud marina como a la humana, requiere el establecimiento de líneas de base localizadas y esfuerzos de monitoreo para una protección efectiva. Para obtener más información sobre este programa, consulte la Webinar sobre Hui O Ka Wai Ola.

Recursos y herramientas para programas de seguimiento

Los esfuerzos de visualización y modelado de datos, teledetección 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 con datos locales pueden predecir la calidad del agua. 

Otras herramientas recopilan datos mundiales sobre la proliferación de algas, los eventos de blanqueamiento de los corales, las fluctuaciones de la superficie del mar y el potencial de eutrofización, que tienen aplicación y relevancia local. Estas Se abre en una nueva ventanadatos disponibles públicamente se puede combinar con datos geográficos locales, como ubicaciones de plantas de tratamiento de aguas residuales, para comprender las fuentes de contaminación. Los gerentes 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 las lagunas de datos para cuantificar mejor los cambios en la calidad del agua a lo largo del tiempo.

  • Se abre en una nueva ventanaBoleta de calificaciones de NowCast Beach de Heal the Bay, es un modelo para predecir la calidad del agua de las playas en California, EE. UU., y mejora la conciencia pública sobre los eventos de contaminación.
  • Puntos de inflexión del océano presenta medidas cuantificables de la calidad del agua (como los niveles de nitrógeno y fósforo) con las condiciones de los arrecifes observadas en un mapa interactivo. Esta herramienta proporciona un conjunto de datos para las islas hawaianas y respalda las 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 ampliamente las fuentes de nitrógeno y fósforo.
  • Índice de salud oceánica presenta puntuaciones de salud oceánica global basadas en amenazas y resiliencia. Se está desarrollando una capa de datos específica para la contaminación de las aguas residuales oceánicas que será útil para el análisis de datos y las evaluaciones de los impactos de la contaminación de las aguas residuales.
  • Atlas de coral de Allen utiliza imágenes satelitales de alta resolución y análisis avanzados para mapear los arrecifes de coral del mundo con un detalle sin precedentes. Estos productos respaldan la ciencia, la gestión, la conservación y las políticas de los arrecifes de coral en todo el planeta. (Los productos de temperatura de la superficie del mar de NOAA Coral Reef Watch están incluidos en el Atlas).
mediciones de campo de la calidad del agua

Mediciones de campo de la calidad del agua realizadas por científicos ciudadanos de Hui O Ka Wai Ola. Foto © Bill Rathfon

Sigue existiendo la necesidad de herramientas de informes y medición innovadoras y rentables para identificar la contaminación por aguas residuales. los Se abre en una nueva ventana Índice de salud oceánica es un proyecto emprendido por NCEAS que presenta puntajes de salud oceánica basados ​​en amenazas y resiliencia. Se está desarrollando una capa de datos específica para la contaminación por aguas residuales en el océano y será útil para el análisis de datos y evaluaciones multiescalares de los impactos de la contaminación por aguas residuales.

Efluente de aguas residuales burbujeantes Aguas residuales burbujeantes efluente. Foto © Matthew Chatfield </

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