Monitoramento da Qualidade da Água

Tubulação de esgoto subaquática. Foto © Grafner/iStock

Para entender se a poluição das águas residuais está impactando um ambiente específico ou estabelecer a fonte e a extensão do problema, é importante que os gerentes estabeleçam as condições básicas e estabeleçam um programa de monitoramento. Mesmo os menores projetos de amostragem se beneficiam de um planejamento cuidadoso para identificar o problema, definir métodos claros e etapas de garantia de qualidade e considerar o processamento de dados e os planos de comunicação.

Os principais estágios em um programa de qualidade da água são:

  1. Defina o problema. Que impactos potenciais em águas residuais você espera identificar? Que dados já existem, tais como informações específicas do local sobre infraestruturas de águas residuais?
  2. Realizar monitoramento direcionado da qualidade da água usando processos que incorporam contribuições de especialistas sempre que possível (por exemplo, quais locais monitorar, quais indicadores focar, como os dados serão coletados).
  3. Desenvolver e implementar estudos avançados para ajudar a rastrear fontes de poluição.
  4. Analise e resuma dados para comunicação com parceiros, tomadores de decisão e quaisquer outras partes interessadas importantes, tendo em mente quais dados são atraentes para o seu público.
  5. Use as informações para orientar um processo de planejamento ou ação de gerenciamento.

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Para detectar mudanças na qualidade da água relacionadas às águas residuais, os gestores de recifes devem considerar a medição dos seguintes indicadores:

Nitrogênio e fósforo, nutrientes essenciais para plantas e animais, são indicadores comuns de nutrientes. As fontes de nitrogênio incluem descargas de estações de tratamento de águas residuais, escoamento de gramados fertilizados e áreas de cultivo, fossas e sistemas sépticos com falha, escoamento de esterco animal e áreas de armazenamento e descargas industriais que contêm inibidores de corrosão. As medidas comuns de nitrogênio e fósforo incluem: Nitrogênio total (todas as formas orgânicas e inorgânicas, dissolvidas e particuladas de nitrogênio encontradas em uma amostra), amônia, nitratos, nitritos e fósforo total (todas as formas de fósforo).

Por último, o silicato é uma medida química importante que é uma assinatura das águas subterrâneas. Altos silicatos indicam fontes de água doce. O silicato é geralmente medido em laboratório junto com nitrato e fosfato. Esses indicadores podem ser medidos por um analisador automático ou um laboratório por aproximadamente $ 50 USD / amostra.

A salinidade pode ser medida de forma barata usando um refratômetro e a temperatura com um sensor portátil. A salinidade pode ser especialmente útil na identificação de locais para monitoramento de longo prazo.

O Oxigênio Dissolvido (OD) é um parâmetro importante na avaliação da qualidade da água devido à sua influência nos organismos marinhos.

OD baixo pode indicar uma abundância de fitoplâncton ou bactérias que consomem oxigênio. O OD é medido usando um medidor multiparâmetro calibrado de qualidade da água – ou sonda – (custando entre US$ 1,000 e US$ 15,000).

A turbidez - um teste-chave de clareza da água que pode ser afetado pelo fitoplâncton - é comumente avaliada usando um disco de Secchi para medir a profundidade de penetração da luz solar.

Outros métodos digitais portáteis, como um medidor de condutividade e medidor de turbidez, aumentam a capacidade de coletar dados em tempo real, mas requerem manutenção e calibração.

Bactéria fecal indicadora (FIB) de resíduos humanos, como E. coli, Enterococcusou C. perfringens pode ser usado para identificar águas residuais. Testes de campo simples foram desenvolvidos para testar FIB na água. Um exemplo está no caso da Tanzânia rural onde testes de sulfeto de hidrogênio foram fornecidos a 433 residências, permitindo-lhes monitorar suas próprias fontes de água e fazer escolhas informadas sobre a segurança e o tratamento da água. Infelizmente para os gestores marinhos, nas regiões costeiras a concentração de bactérias é normalmente muito baixa para esses tipos de testes de campo e análises de laboratório são necessárias para detectá-los.

Outra opção é coletar amostras de água e realizar testes FIB usando um laboratório satélite (~US$ 3,000) ou laboratório tradicional e método de cultura, como o teste Enterolert (IDEXX) usado pela Surfrider a um custo de cerca de US$ 11/amostra.

Clorofila a é o principal pigmento fotossintético verde encontrado em todas as plantas, incluindo algas fitoplanctônicas e um substituto para produtores primários planctônicos. A concentração de clorofila a nas águas dos recifes de coral é um indicador da abundância e biomassa do fitoplâncton, que é a fonte direta ou indireta de alimento para a maioria dos animais marinhos. Baixa clorofila a os níveis sugerem boas condições da água. No entanto, é a persistência de longo prazo de níveis elevados que é um problema, então a clorofila a deve ser monitorado pelo menos mensalmente para quantificar as mudanças sazonais na biomassa do fitoplâncton. Clorofila a pode ser medido com filtração e equipamento de laboratório e, se enviado a um laboratório, custa ~ $ 20 USD / amostra.

Estes dados podem identificar padrões e mudanças importantes se forem recolhidos ao longo de muitos anos. Os gestores podem usar esta informação para começar a correlacionar dados/padrões de qualidade da água com padrões de saúde dos corais e percentagem de cobertura de corais. Estes indicadores são também relativamente eficientes em termos de custos. Existem vários testes de campo que podem ser realizados com kits portáteis ou dispositivos portáteis relativamente baratos (<US$ 1,000). Esses testes de campo exigem amostras de água de pequeno volume e fornecem resultados em minutos. Para gestores com tempo ou orçamento limitados para se comprometerem com um programa de monitorização, estes são os primeiros métodos que podem ser utilizados. Os gerentes podem considerar quais são os limites de detecção desses métodos e se eles são apropriados em sua região. Por exemplo, em águas oceânicas límpidas, pode ser difícil detectar clorofila a sinal ou use um disco Secchi.

Testes para detectar alterações na qualidade da água:

INDICADORMÉTODO DE TESTE / MATERIAIS
Clorofila aMedidor de clorofila
DO (oxigênio dissolvido)Medição de sensor ou calorímetro
Sólidos totais dissolvidos (TDS) ou turbidezDisco Secchi, medidor de turbidez ou sensores

É importante reconhecer que estes indicadores não indicam diretamente a poluição de águas residuais, uma vez que outras fontes ou fatores podem contribuir para níveis modificados. Por exemplo, os nutrientes podem ser provenientes da agricultura ou do desenvolvimento e as bactérias indicadoras fecais também podem provir de animais ou do solo.

Rastreando Fontes de Poluição

Identificar a presença de águas residuais no oceano é difícil e depende de vários testes para identificar diferentes contaminantes comumente encontrados nas águas residuais. Testes mais sofisticados que medem isótopos de nitrogênio e contaminantes de origem humana, como produtos farmacêuticos e compostos de resíduos orgânicos, como metabólitos de detergentes ou aditivos alimentares, podem ajudar a confirmar as águas residuais e sua(s) fonte(s).

Existem testes que podem fornecer medições mais específicas e identificar contaminantes mais comumente associados a águas residuais, mas sua execução costuma ser cara porque exigem acesso a máquinas caras e especializadas e a técnicos treinados.

Testes para rastrear fontes de poluição:

INDICADORMÉTODO DE TESTE
CafeínaEspectrometria de massa
DNATeste de laboratório (eDNA qPCR ou quantificação de fluorescência)
FarmacêuticoELISA, bioensaios
Disruptores endócrinos (por exemplo, estrogênio)Espectrometria de massa, bioensaios (exposição de peixes ou culturas de tecidos)
Bactérias (E. coli, E. faecalis, C. perfringens)Medição de quantificação por contagem de placa heterotrófica, microarray ou qPCR
MetaisEspectrometria de massa
Isótopos de nitrogênioEspectrometria de massa
EsteróisEspectrometria de massa
sucraloseEspectrometria de massa

As amostras de água são coletadas no campo e geralmente requerem grandes volumes que devem ser concentrados para realizar a análise. Se não houver um laboratório por perto, as amostras podem ser enviadas, mas temperatura, tempo e custo são limitações. Recomenda-se que os gerentes trabalhem na criação de colaborações ou parcerias com universidades locais, que muitas vezes ficam entusiasmadas por ter alunos trabalhando em questões da vida real, e podem ajudar a compensar os custos de análise de amostras e análise de dados com verbas de subvenção. Cada indicador de qualidade da água contribui para a nossa compreensão de quais são os poluentes em nossa água. Estratégias de monitoramento e análise que compilam medições de vários indicadores, combinadas com o mapeamento de locais de descarte, podem apontar com mais precisão os tipos e fontes de poluição de águas residuais.

Consulte a seção Recursos para metodologias mais detalhadas de monitoramento da qualidade da água.

 

Exemplos de programas de monitoramento

  • Hui O Ka Wai Ola em Maui, Havaí, é um programa de amostragem da qualidade da água cuja missão é aprofundar a compreensão da qualidade da água costeira de Maui por meio da ciência e da defesa para acelerar mudanças positivas.
  • Os voluntários coletam amostras de água para rastrear turbidez e nitratos usando métodos padronizados da EPA aprovados pelo Departamento de Saúde do Estado do Havaí. Amostras e dados são recolhidos por cidadãos cientistas voluntários e são utilizados para a tomada de decisões em torno de padrões de qualidade da água e planos de gestão.
  • Os dados dos esforços de amostragem no terreno são consolidados numa base de dados que apoia a monitorização contínua e que é utilizada na análise, para rastrear eventos de poluição e para reconhecer a qualidade da água e as tendências dos recifes de coral ao longo do tempo.
  • O objetivo do Programa Surfrider Bluewater Task Force é aumentar a conscientização sobre os problemas locais de poluição e reunir as comunidades para implementar soluções.
  • Inclui 50 laboratórios administrados por capítulos e voluntários que testam a qualidade da água em praias de surfe, incluindo aquelas no Havaí, Flórida e Porto Rico.
  • Os testes de água medem bactérias indicadoras fecais (bactéria Enterococcus, que é diferente do programa Maui que testa turbidez e nitratos) e testam diferentes fontes de poluição (tubos de drenagem, etc.) e depois são comparados com os padrões de qualidade da água definidos pela EPA para proteger a saúde pública em águas recreativas.

Dados para Programas de Monitoramento

São necessárias ferramentas de medição e elaboração de relatórios inovadoras e económicas para ajudar os gestores marinhos a descobrir problemas e fontes de poluição de águas residuais de formas menos intensivas em recursos. Dados incluindo visualizações e modelagem, sensoriamento remoto e imagens espaciais complementam os esforços de monitoramento da poluição de águas residuais e ajudam a informar as ações de gestão. Os modelos criados com base em dados locais podem ser particularmente úteis na previsão da qualidade da água.

Outras ferramentas recolhem dados globais sobre a proliferação de algas, eventos de branqueamento de corais, flutuações da superfície do mar e potencial de eutrofização, que têm aplicação e relevância local. Os dados publicamente disponíveis podem ser combinados com dados geográficos locais, tais como localizações de estações de tratamento de águas residuais, para compreender as fontes de poluição. Os gestores também podem combinar estes dados com testes de campo e de laboratório para compreender as condições iniciais, priorizar testes de monitoramento e identificar lacunas de dados para quantificar melhor as mudanças na qualidade da água ao longo do tempo. Exemplos dessas plataformas de dados/ferramentas de visualização online incluem:

  • Pontos de tombamento do oceano, que apresenta medidas quantificáveis ​​da qualidade da água (como níveis de nitrogênio e fósforo) com condições observadas nos recifes em um mapa interativo. Esta ferramenta fornece um conjunto de dados para as ilhas havaianas e apoia ações de gestão para proteger os ecossistemas recifais. Também inclui uma camada de nutrientes que foi criada usando o modelo InVEST NDR, que analisa amplamente as fontes de nitrogênio e fósforo.
  • Allen Atlas Coral, que utiliza imagens de satélite de alta resolução e análises avançadas para mapear os recifes de coral do mundo com detalhes sem precedentes. Foi adicionada uma nova camada de turvação, que poderá ser útil para a monitorização da qualidade da água. Esses produtos apoiam a ciência, o gerenciamento, a conservação e as políticas dos recifes de coral em todo o planeta.

Como o monitoramento pode informar os regulamentos de águas residuais

Os regulamentos podem ajudar na mitigação da poluição das águas residuais, por exemplo, fornecendo dados sobre os limites de poluição. O estabelecimento de regulamentos locais para evitar que os contaminantes transmitidos pelas águas residuais atinjam o limiar poderia então ser implementado. Com limites de poluição definidos, as comunidades podem determinar melhor quando devem ser tomadas respostas específicas, como encerrar praias para recreação ou emitir um aviso de fervura de água. No entanto, as inconsistências regulamentares podem representar um desafio complexo para os gestores de águas residuais, tornando os limites difíceis de estabelecer e aplicar.

Várias ferramentas foram implementadas pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) para estabelecer limites de contaminação para corpos d'água e vida aquática. Um limite comumente usado é a carga diária máxima total, ou TMDL, que limita a quantidade de um contaminante específico permitida a entrar em um corpo d'água. Isto é especialmente eficaz para contaminantes de águas residuais derivados de fontes não pontuais. Algumas das ferramentas adicionais da EPA incluem camadas de dados de nutrientes (NPDAT), um programa de modelagem de qualidade da água (WASP), e uma ferramenta de diagnóstico para deficiência biológica (CADDIS). Estas ferramentas podem ajudar os gestores a identificar e aplicar limites de poluição de águas residuais.

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