水質モニタリング

水中下水道管。写真©グラフナー/iStock

廃水汚染が特定の環境に影響を与えているかどうかを理解するため、または問題の原因と範囲を確立するために、管理者がベースライン条件を確立し、監視プログラムを設定することが重要です。 最小のサンプリングプロジェクトでさえ、問題を特定し、明確な方法と品質保証手順を定義し、データ処理と通信計画を検討するための慎重な計画から恩恵を受けます。

水質プログラムの重要な段階は次のとおりです。

  1. 問題を定義します。どのような潜在的な廃水への影響を特定したいと考えていますか?下水インフラに関するサイト固有の情報など、すでに存在するデータは何ですか?
  2. 可能な限り専門家からの意見を取り入れたプロセスを使用して、対象を絞った水質モニタリングを実施します(例:どのサイトをモニタリングするか、どの指標に焦点を当てるか、データはどのように収集するかなど)。
  3. 汚染源の追跡に役立つ高度な研究を開発および実施します。
  4. どのようなデータが聴衆にとって魅力的であるかを念頭に置きながら、パートナー、意思決定者、その他の重要な関係者に伝えるためにデータを分析して要約します。
  5. この情報を使用して、計画プロセスまたは管理アクションをガイドします。

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廃水に関連する水質の変化を検出するために、サンゴ礁管理者は以下の指標の測定を検討する必要があります。

植物や動物にとって不可欠な栄養素である窒素とリンは、栄養素の一般的な指標です。 窒素源には、廃水処理プラントの排水、施肥された芝生や耕作地からの流出、排水溝や浄化槽の故障、動物の糞尿や貯蔵エリアからの流出、腐食防止剤を含む産業排水などがあります。 窒素とリンの一般的な測定値には、全窒素(すべての有機および無機、サンプルに含まれる溶存および粒子状の窒素)、アンモニア、硝酸塩、亜硝酸塩、および全リン(すべての形態のリン)が含まれます。

最後に、ケイ酸塩は地下水の特徴である重要な化学的手段です。 高ケイ酸塩は淡水源を示します。 ケイ酸塩は通常、硝酸塩およびリン酸塩とともに実験室で測定されます。 これらの指標は、自動分析装置またはラボ施設でサンプルあたり最大50米ドルで測定できます。

塩分は屈折計で安価に測定でき、温度は携帯型センサーで測定できます。 塩分は、長期的な監視のためにサイトを特定するときに特に役立つ可能性があります。

溶存酸素(DO)は、海洋生物に影響を与えるため、水質を評価する上で重要なパラメーターです。

DO が低い場合は、酸素を消費している植物プランクトンやバクテリアが豊富に存在していることを示している可能性があります。 DO は、校正されたマルチパラメータ水質計、またはゾンデを使用して測定されます(価格は約 1,000 ドルから 15,000 ドル)。

濁度(植物プランクトンの影響を受ける可能性のある水の透明度の重要なテスト)は、通常、透明度板を使用して太陽光が透過する深さを測定することで評価されます。

導電率計や濁度計などの他のポータブルデジタル方式は、リアルタイムでデータを収集する機能を強化しますが、メンテナンスとキャリブレーションが必要です。

のような人間の排泄物からの糞便指標細菌(FIB) E. 大腸菌の, 腸球菌または C.パーフリンジェンス 廃水を識別するために使用できます。 水中のFIBをテストする簡単なフィールドテストが開発されました。 一例は タンザニア農村部の事例 ここでは、硫化水素テストが433世帯に提供され、彼らが自分の水源を監視し、水の安全性と処理について情報に基づいた選択を行うことができるようになりました。 海洋管理者にとって残念なことに、沿岸地域では、バクテリアの濃度は通常、これらの種類のフィールドテストには低すぎるため、バクテリアを検出するにはラボ分析が必要です。

別のオプションは、水サンプルを収集し、サテライトラボ(約 3,000 米ドル)または従来のラボおよび培養方法(Surfrider がサンプルあたり約 11 米ドルで使用する Enterolert テスト (IDEXX) など)を使用して FIB テストを実施することです。

クロロフィル a 植物プランクトン性藻類を含むすべての植物に見られる主要な緑色の光合成色素であり、プランクトン性一次生産者の代理です。クロロフィルの濃度 a サンゴ礁海域における植物プランクトンの存在量とバイオマスの指標です。植物プランクトンは、ほとんどの海洋動物の直接的または間接的な食料源です。クロロフィルが少ない a レベルは良好な水の状態を示唆しています。 しかし、問題となるのは高レベルの長期持続であるため、クロロフィル a 植物プランクトンバイオマスの季節変化を定量化するために、少なくとも毎月監視する必要があります。 クロロフィル a ろ過および実験装置で測定でき、実験室に送られる場合、サンプルあたり最大20米ドルの費用がかかります。

これらのデータを長年にわたって収集すると、パターンや大きな変化を特定できます。管理者はこの情報を使用して、水質データ/パターンとサンゴの健康状態およびサンゴ被覆率のパターンとの関連付けを開始できます。これらの指標は比較的コスト効率も優れています。ポータブル キットまたは比較的安価 (1,000 米ドル未満) のハンドヘルド デバイスを使用して実行できるフィールド テストがいくつかあります。これらのフィールドテストでは少量の水サンプルが必要で、数分以内に結果が得られます。監視プログラムに取り組むための時間や予算が限られている管理者にとって、これらは最初に使用できる方法です。管理者は、これらの方法の検出限界がどの程度であるか、またそれらの方法が地域で適切かどうかを検討する場合があります。たとえば、透明な海水では、クロロフィルを採取するのは難しいかもしれません。 a 信号を送信するか、Secchi ディスクを使用します。

水質の変化を検出するためのテスト:

INDICATOR試験方法/材料
クロロフィルaクロロフィルメーター
DO(溶存酸素)センサー測定または熱量計
総溶解固形物(TDS)または濁度透明度板、濁度計、またはセンサー

他の発生源や要因がレベルの変化に寄与する可能性があるため、これらの指標は廃水汚染を直接示すものではないことを認識することが重要です。たとえば、栄養素は農業や開発に由来する可能性があり、糞便指標細菌は動物や土壌に由来する場合もあります。

汚染源の追跡

海洋における廃水の存在を特定することは難しく、廃水に一般的に見られるさまざまな汚染物質を特定するには複数の検査に依存します。窒素同位体と、医薬品や洗剤代謝物や食品添加物などの有機廃棄物化合物などの人的起源を持つ汚染物質を測定する、より高度な検査は、廃水とその起源を確認するのに役立ちます。

より具体的な測定値を提供し、廃水に関連する一般的な汚染物質を特定できるテストはありますが、専門の高価な機械と訓練を受けた技術者のアクセスが必要なため、実行に費用がかかることがよくあります。

汚染源を追跡するためのテスト:

INDICATOR試験方法
カフェイン質量分析
DNAラボテスト(eDNA qPCRまたは蛍光定量化)
錠剤などの医薬品製造ELISA、バイオアッセイ
内分泌かく乱物質(例、エストロゲン)質量分析、バイオアッセイ(魚または組織培養物の曝露)
バクテリア(E.coli、E.faecalis、C.perfringens)従属栄養プレートカウント、マイクロアレイ、またはqPCRによる定量化測定
金属質量分析
窒素同位体質量分析
ステロール質量分析
スクラロース質量分析

水サンプルは現場で採取され、分析を実行するために濃縮する必要がある大量の水を必要とすることがよくあります。 ラボが近くにない場合、サンプルを出荷できますが、温度、時間、およびコストはすべて制限されます。 管理者は、地元の大学とのコラボレーションやパートナーシップの構築に取り組むことをお勧めします。地元の大学は、学生が実際の問題に取り組むことに興奮していることが多く、助成金でサンプル分析とデータ分析のコストを相殺するのに役立ちます。 各水質指標は、私たちの水に含まれる汚染物質の理解に貢献します。 排出場所のマッピングと組み合わせて、いくつかの指標の測定値をまとめた監視および分析戦略により、廃水汚染の種類と発生源をより正確に特定できます。

水質モニタリング方法の詳細については、「リソース」セクションを参照してください。

 

モニタリングプログラムの例

  • ハワイ州マウイ島のフイ・オ・カ・ワイ・オラは、科学と擁護を通じてマウイ島の沿岸水質への理解を深め、前向きな変化を加速することを使命とする水質サンプリング・プログラムです。
  • ボランティアは、ハワイ州保健局によって承認された標準化された EPA 手法を使用して、濁度と硝酸塩を追跡するために水のサンプルを収集します。サンプルとデータはボランティアの市民科学者によって収集され、水質基準と管理計画に関する意思決定に使用されます。
  • 現場でのサンプリング作業からのデータはデータベースに統合され、分析に使用される継続的なモニタリングをサポートし、汚染事象を追跡し、長期にわたる水質とサンゴ礁の傾向を認識します。
  • サーフライダー ブルーウォーター タスクフォース プログラムの目標は、地域の汚染問題に対する意識を高め、コミュニティを結集して解決策を実行することです。
  • これには、支部が運営する 50 の研究所と、ハワイ、フロリダ、プエルトリコを含むサーフィン ビーチの水質検査を行うボランティアが含まれています。
  • 水質検査では、糞便指標細菌 (濁度や硝酸塩を検査するマウイプログラムとは異なる腸球菌) を測定し、さまざまな汚染源 (排水管など) を検査し、EPA が設定した水質基準と比較されます。レクリエーション水域での公衆衛生を保護します。

監視プログラム用データ

海洋管理者が資源をあまり使わない方法で廃水汚染の問題と原因を明らかにするには、革新的で費用対効果の高い測定および報告ツールが必要です。視覚化やモデリング、リモート センシング、空間画像などのデータは、廃水汚染監視の取り組みを補完し、管理活動の情報を提供するのに役立ちます。ローカル データを使用して作成されたモデルは、水質の予測に特に役立ちます。

他のツールは、藻類の発生、サンゴの白化現象、海面変動、富栄養化の可能性に関する地球規模のデータを収集しており、これらは地域での応用と関連性があります。公に入手可能なデータを下水処理場の位置などの地域の地理データと組み合わせて、汚染源を理解することができます。管理者は、これらのデータを現場および実験室のテストと組み合わせて、ベースライン状態を理解し、モニタリングテストに優先順位を付け、データのギャップを特定して、時間の経過に伴う水質の変化をより適切に定量化することもできます。これらのオンライン データ プラットフォーム/視覚化ツールの例には次のものがあります。

  • 海の転換点は、水質(窒素やリンのレベルなど)の定量的な測定値と、観察されたサンゴ礁の状態をインタラクティブなマップで表示します。このツールはハワイ諸島のデータセットを提供し、サンゴ礁の生態系を保護するための管理活動をサポートします。また、窒素とリンの供給源を幅広く調査する InVEST NDR モデルを使用して作成された栄養層も含まれています。
  • アレンコーラルアトラスは、高解像度の衛星画像と高度な分析を利用して、世界のサンゴ礁をかつてないほど詳細にマッピングします。新しい濁度レイヤーが追加されました。これは水質モニタリングに役立ちます。これらの製品は、地球全体のサンゴ礁の科学、管理、保護、政策をサポートしています。

モニタリングにより廃水規制をどのように知らせることができるか

規制は、たとえば汚染の閾値に関するデータを提供することにより、廃水汚染の軽減に役立ちます。その後、廃水由来の汚染物質が閾値に達するのを防ぐための地域規制の確立が実施される可能性があります。定義された汚染しきい値を使用すると、コミュニティは、レクリエーションのためのビーチを閉鎖したり、煮沸勧告を発令したりするなど、特定の対応をいつ行うべきかをより適切に判断できるようになります。しかし、規制の不一致は下水管理者にとって複雑な課題となり、閾値の設定と施行が困難になる可能性があります。

米国環境保護庁 (EPA) は、水域と水生生物の汚染閾値を確立するためにいくつかのツールを導入しています。一般的に使用される閾値は、水域への流入を許可される特定の汚染物質の量を制限する合計最大日負荷量 (TMDL) です。これは、次のような廃水汚染物質に特に効果的です。 非点源。追加の EPA ツールのいくつかには、栄養素データ レイヤー (NPDAT)、水質モデリングプログラム(WASP)、および生物学的障害の診断ツール(カディス)。これらのツールは、管理者が廃水汚染のしきい値を特定して適用するのに役立ちます。

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