Waterkwaliteit bewaking

Om te begrijpen of afvalwaterverontreiniging een bepaalde omgeving beïnvloedt of om de oorzaak en omvang van het probleem vast te stellen, is het belangrijk voor managers om basisvoorwaarden vast te stellen en een monitoringprogramma op te zetten. Zelfs de kleinste steekproefprojecten profiteren van een zorgvuldige planning om het probleem te identificeren, duidelijke methoden en stappen voor kwaliteitsborging te definiëren en plannen voor gegevensverwerking en communicatie in overweging te nemen.

De belangrijkste fasen in een waterkwaliteitsprogramma zijn:

Definieer het probleem. Welke mogelijke gevolgen voor afvalwater hoopt u te identificeren? Welke gegevens zijn er al, zoals locatiespecifieke informatie over afvalwaterinfrastructuur?
Voer gerichte monitoring van de waterkwaliteit uit voor de waterkwaliteit met behulp van processen die waar mogelijk input van experts bevatten (bijv. welke locaties moeten worden gecontroleerd, op welke indicatoren moet worden gefocust, hoe worden gegevens verzameld)
Ontwikkel en implementeer geavanceerde studies om bronnen van vervuiling op te sporen
Analyseer en vat gegevens samen voor communicatie met partners, besluitvormers en andere belangrijke belanghebbenden, rekening houdend met welke gegevens uw publiek aanspreken
Gebruik de informatie om een planningsproces of managementactie te sturen.

Schrijf je in voor onze gratis, zelfstudie Online cursus afvalwatervervuiling voor meer informatie over deze belangrijke fasen.

Om veranderingen in waterkwaliteit gerelateerd aan afvalwater te detecteren, moeten rifbeheerders overwegen de volgende indicatoren te meten:

Stikstof en fosfor, essentiële voedingsstoffen voor planten en dieren, zijn veelvoorkomende indicatoren van voedingsstoffen. Bronnen van stikstof zijn onder meer lozingen van afvalwaterzuiveringsinstallaties, afvoer van bemeste gazons en akkerlanden, beerputten en falende septische systemen, afvoer van dierlijke mest en opslagruimten, en industriële lozingen die corrosieremmers bevatten. Gebruikelijke metingen van stikstof en fosfor zijn onder meer: totaal stikstof (alle organische en anorganische, opgeloste en deeltjesvormige vormen van stikstof die in een monster worden aangetroffen), ammoniak, nitraten, nitrieten en totaal fosfor (alle vormen van fosfor).

Ten slotte is silicaat een belangrijke chemische maatregel die kenmerkend is voor grondwater. Hoge silicaten duiden op zoetwaterbronnen. Silicaat wordt meestal gemeten in een laboratorium, samen met nitraat en fosfaat. Deze indicatoren kunnen worden gemeten door een autoanalyzer of een laboratoriumfaciliteit voor ~ $ 50 USD/monster.

Het zoutgehalte kan goedkoop worden gemeten met een refractometer en de temperatuur met een draagbare sensor. Zoutgehalte kan vooral nuttig zijn bij het identificeren van locaties voor monitoring op lange termijn.

Opgeloste zuurstof (DO) is een belangrijke parameter bij het beoordelen van de waterkwaliteit vanwege zijn invloed op mariene organismen.

Een lage DO kan wijzen op een overvloed aan fytoplankton of bacteriën die zuurstof verbruiken. DO wordt gemeten met behulp van een gekalibreerde multiparameter waterkwaliteitsmeter - of sonde - (kost ~ $ 1,000 - $ 15,000 USD).

Troebelheid - een belangrijke test voor de helderheid van water die kan worden beïnvloed door fytoplankton - wordt gewoonlijk beoordeeld met behulp van een Secchi-schijf om de diepte te meten tot waar zonlicht doordringt.

Andere draagbare digitale methoden, zoals een geleidbaarheidsmeter en troebelheidsmeter, verbeteren de mogelijkheid om gegevens in realtime te verzamelen, maar vereisen onderhoud en kalibratie.

Fecale indicatorbacteriën (FIB) uit menselijk afval zoals: E. coli, Enterococcusof C. perfringens kan worden gebruikt om afvalwater te identificeren. Er zijn eenvoudige veldtesten ontwikkeld die testen op FIB in water. Een voorbeeld is in de geval van landelijk Tanzania waar waterstofsulfidetests werden gegeven aan 433 huishoudens, waardoor ze hun eigen waterbronnen in de gaten konden houden en weloverwogen keuzes konden maken over waterveiligheid en -behandeling. Helaas voor mariene managers is de concentratie van bacteriën in kustgebieden doorgaans te laag voor dit soort veldtesten en is laboratoriumanalyse vereist om ze te detecteren.

Een andere optie is om watermonsters te verzamelen en FIB-tests uit te voeren met behulp van een satellietlaboratorium (~ $ 3,000 USD) of een traditionele laboratorium- en kweekmethode, zoals de Enterolert-test (IDEXX) die door Surfrider wordt gebruikt, tegen een kostprijs van ongeveer $ 11 USD per monster.

Chlorophyl a is het belangrijkste groene fotosynthetische pigment dat in alle planten wordt aangetroffen, inclusief fytoplanktonische algen en een proxy voor primaire producenten van plankton. De concentratie van chlorofyl a in koraalrifwateren is een indicator van de overvloed en biomassa van fytoplankton, de directe of indirecte voedselbron voor de meeste zeedieren. Laag chlorofyl a niveaus wijzen op een goede waterconditie. Het is echter de langdurige persistentie van verhoogde niveaus die een probleem is, dus chlorofyl a moet ten minste maandelijks worden gemonitord om seizoensveranderingen in de fytoplanktonbiomassa te kwantificeren. chlorofyl a kan worden gemeten met filtratie- en laboratoriumapparatuur en als het naar een laboratorium wordt gestuurd, kost het ~ $ 20 USD/monster.

Deze gegevens kunnen patronen en grote veranderingen identificeren als ze over vele jaren worden verzameld. Managers kunnen deze informatie gebruiken om te correleren met patronen van koraalgezondheid en percentage koraalbedekking. Deze indicatoren zijn ook relatief kostenefficiënt. Er zijn verschillende veldtests die kunnen worden uitgevoerd met draagbare kits of relatief goedkope (< $ 1000 USD) handheld-apparaten. Deze veldtesten vereisen watermonsters met een klein volume en leveren binnen enkele minuten resultaten op. Voor managers met beperkte tijd of budget om zich te committeren aan een monitoringprogramma, zijn dit de eerste methoden die kunnen worden gebruikt. Managers kunnen overwegen wat de detectielimieten zijn voor deze methoden en of ze geschikt zijn in hun regio. In helder oceaanwater kan het bijvoorbeeld moeilijk zijn om een chlorofyl-a-signaal op te vangen of een Secchi-schijf te gebruiken.

INDICATOR	TESTMETHODE/MATERIALEN
Chlorofyl a	Chlorofylmeter
DO (opgeloste zuurstof)	Sensormeting of calorimeter
Totaal opgeloste vaste stoffen (TDS) of troebelheid	Secchi-schijf, troebelheidsmeter of sensoren

Het is belangrijk om te erkennen dat deze indicatoren niet direct wijzen op afvalwaterverontreiniging, aangezien andere bronnen of factoren kunnen bijdragen aan gewijzigde niveaus. Nutriënten kunnen bijvoorbeeld afkomstig zijn uit landbouw of ontwikkeling en fecale indicatorbacteriën kunnen ook afkomstig zijn van dieren of bodems.

Vervuilingsbronnen opsporen

Het identificeren van de aanwezigheid van afvalwater in de oceaan is moeilijk en is afhankelijk van meerdere tests om verschillende verontreinigingen te identificeren die vaak in afvalwater worden aangetroffen. Meer geavanceerde tests die stikstofisotopen en verontreinigingen meten die een menselijke bron hebben, zoals farmaceutische producten en organische afvalverbindingen, zoals wasmiddelmetabolieten of voedseladditieven, kunnen helpen om afvalwater en zijn bron(nen) te bevestigen. Schrijf je in voor de Online cursus afvalwatervervuiling om meer te leren over hoe verschillende soorten chemische tracers kunnen worden gebruikt om beter te begrijpen waar hoge concentraties voedingsstoffen vandaan komen.

Deze tests kunnen specifiekere metingen opleveren en verontreinigingen identificeren die vaker worden geassocieerd met afvalwater, maar zijn vaak duur om uit te voeren omdat ze toegang vereisen tot gespecialiseerde, dure machines en getrainde technici.

INDICATOR	TEST METHODE
Cafeïne	Massaspectrometrie
DNA	Lab test (eDNA qPCR of fluorescentie kwantificering)
Farmaceutische	ELISA, bioassays
Hormoonontregelaars (bijv. Oestrogeen)	Massaspectrometrie, bioassays (blootstelling van vissen of weefselculturen)
Bacteriën (E. coli, E. faecalis, C. perfringens)	Kwantificatiemeting door heterotrofe plaatgetal, microarray of qPCR
Metalen	Massaspectrometrie
Stikstofisotopen	Massaspectrometrie
sterolen	Massaspectrometrie
sucralose	Massaspectrometrie

Watermonsters worden in het veld genomen en vereisen vaak grote volumes die moeten worden geconcentreerd om de analyse uit te voeren. Als er geen laboratorium in de buurt is, kunnen monsters worden verzonden, maar temperatuur, tijd en kosten zijn allemaal beperkingen. Het wordt aanbevolen dat managers werken aan het creëren van samenwerkingen of partnerschappen met lokale universiteiten, die vaak enthousiast zijn om studenten te laten werken aan echte problemen, en kunnen helpen de kosten van steekproefanalyse en gegevensanalyse te compenseren met subsidiefinanciering. Elke waterkwaliteitsindicator draagt bij aan ons begrip van de verontreinigende stoffen in ons water. Monitoring- en analysestrategieën die metingen van verschillende indicatoren verzamelen, gecombineerd met het in kaart brengen van lozingslocaties, kunnen soorten en bronnen van afvalwaterverontreiniging nauwkeuriger lokaliseren.

Zie het gedeelte Bronnen voor meer gedetailleerde methoden voor monitoring van de waterkwaliteit voor beoefenaars.

Slechte waterkwaliteit voor de kust van Maui. Foto © Bill Rathfon voor Hui O Ka Wai Ola (Association Of The Living Waters), een samenwerkingsverband van The Nature Conservancy

Hui O Ka Wai Ola

Hui O Ka Wai Ola is een bemonsteringsprogramma voor waterkwaliteit volgens burgerwetenschappen dat is afgestemd op de normen en protocollen van het Hawai'i Department of Health, Clean Water Branch. Monsters en verzamelde gegevens worden gebruikt voor besluitvorming over waterkwaliteitsnormen en beheerplannen. Monsters die in het veld zijn verzameld, worden naar een lokaal middelbare schoollaboratorium gebracht dat zich toelegt op procedures voor het monitoren van de waterkwaliteit. Gegevens van veldbemonsteringsinspanningen worden geconsolideerd in een database die voortdurende monitoring ondersteunt die wordt gebruikt bij analyses, om vervuilingsgebeurtenissen te volgen en om waterkwaliteit en koraalriftrends in de tijd te herkennen.

Dit programma erkent de beperkingen die een waterkwaliteitsindicator kan hebben. Elke waterkwaliteitsindicator draagt bij aan begrip, maar geen enkele meting is voldoende sluitend. Daarom zijn strategieën die metingen van verschillende indicatoren samenstellen waardevoller. ref Dit is vooral belangrijk vanwege het ontbreken van wereldwijde overeenstemming over vervuilingsdrempels. Enterococcus wordt bijvoorbeeld het meest gemeten fecale indicator bacteriën (FIB) in mariene omgevingen die worden gebruikt om strandafsluitingen en adviezen te bepalen. Een andere bacterie die in rioolwater wordt aangetroffen, Clostridium perfringens, wordt beschouwd als een meer nauwkeurige indicator van rioolverontreiniging in Hawaï, maar is niet goedgekeurd voor gebruik in het hele land. ref Het gebrek aan gecoördineerd begrip van de veerkracht van de oceaan tegen rioolverontreiniging, aangezien dit gevolgen heeft voor zowel de gezondheid van de zee als de mens, vereist het vaststellen van lokale basislijnen en monitoring van inspanningen voor effectieve bescherming. Voor meer informatie over dit programma, bekijk het webinar over Hui O Ka Wai Ola.

Bronnen en hulpmiddelen voor het bewaken van programma's

Gegevensvisualisatie en -modellering, teledetectie en ruimtelijke beelden vormen een aanvulling op de inspanningen voor het monitoren van afvalwaterverontreiniging en helpen het management te informeren. Modellen die zijn gemaakt met behulp van lokale gegevens kunnen de waterkwaliteit voorspellen.

Andere tools verzamelen wereldwijde gegevens over algenbloei, koraalverbleking, fluctuaties in het zeeoppervlak en eutrofiëringspotentieel, die lokale toepassing en relevantie hebben. Deze openbaar beschikbare gegevens kan worden gecombineerd met lokale geografische gegevens, zoals locaties van afvalwaterzuiveringsinstallaties, om vervuilingsbronnen te begrijpen. Managers kunnen deze gegevens ook combineren met veld- en laboratoriumtests om de uitgangssituatie te begrijpen, prioriteit te geven aan monitoringtests en hiaten in de gegevens te identificeren om veranderingen in de waterkwaliteit in de loop van de tijd beter te kwantificeren.

Genees de NowCast Beach-rapportkaart van de baai, is een model om de waterkwaliteit van het strand in Californië, VS te voorspellen, en verbetert het publieke bewustzijn van besmettingsgebeurtenissen.
Oceaan kantelpunten presenteert kwantificeerbare metingen van waterkwaliteit (zoals stikstof- en fosforniveaus) met waargenomen rifomstandigheden in een interactieve kaart. Deze tool biedt een dataset voor de Hawaiiaanse eilanden en ondersteunt beheeracties om rifecosystemen te beschermen. Het bevat ook een voedingslaag die is gemaakt met behulp van het InVEST NDR-model, dat breed kijkt naar stikstof- en fosforbronnen.
Oceaan gezondheidsindex presenteert wereldwijde oceaangezondheidsscores op basis van bedreigingen en veerkracht. Er wordt gewerkt aan een gegevenslaag die specifiek is voor de vervuiling van afvalwater in de oceanen en deze zal nuttig zijn voor data-analyse en evaluaties van de effecten van afvalwatervervuiling.
Allen Koraal Atlas maakt gebruik van satellietbeelden met hoge resolutie en geavanceerde analyses om de koraalriffen van de wereld in ongekend detail in kaart te brengen. Deze producten ondersteunen de wetenschap, het beheer, het behoud en het beleid van koraalriffen over de hele planeet. (De producten van de zeeoppervlaktetemperatuur van NOAA Coral Reef Watch zijn opgenomen in de Atlas.)

Er blijft behoefte aan innovatieve en kosteneffectieve meet- en rapportagetools om rioolverontreiniging op te sporen. De Oceaan gezondheidsindex is een project van de NCEAS dat scores voor de gezondheid van de oceaan presenteert op basis van bedreigingen en veerkracht. Een datalaag specifiek voor rioolverontreiniging in de oceaan is in ontwikkeling en zal nuttig zijn voor data-analyse en multi-scalaire evaluaties van de effecten van rioolverontreiniging.

Kennisbank

Hoe de waterkwaliteit testen? Chemische tests voor beperkte budgetten

Citizen Science Waterkwaliteit Monitoring Webinar

US Coral Reef Task Force Watershed Partnership Initiative Prioritaire ecosysteemindicatoren

Source-tracking-aanpak voor het opsporen en identificeren van bronnen van afvalwater in de wateren van Hawaï (USGS 2020)