Veden laatu on veden kemialliset , fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet , jotka perustuvat sen käyttöä koskeviin standardeihin [1] [2] . Niitä käytetään useimmiten suhteessa standardiin, jonka noudattaminen pääsääntöisesti saavutetaan vedenkäsittelyllä, voidaan arvioida. Yleisimmät veden laadun seurantaan ja arviointiin käytetyt standardit heijastavat ekosysteemien terveyttä , ihmisten välisten kontaktien turvallisuutta ja juomaveden terveyttä . Veden laadulla on merkittävä vaikutus veden saantiin ja se määrää usein toimitusvaihtoehdot [3] .
Veden laatuparametrit määräytyvät käyttötarkoituksen mukaan. Veden laatutyössä keskitytään veteen, jota käsitellään juomavettä, teollisuus-/kotikäyttöön tai kunnostukseen (ympäristö/ekosysteemi, tyypillisesti ihminen/vesieliö).
Käsittelemättömässä vedessä mahdollisesti esiintyviä kontaminantteja ovat mikro -organismit , kuten virukset , alkueläimet ja bakteerit ; epäorgaaniset epäpuhtaudet, kuten suolat ja metallit ; teollisten prosessien ja öljyn käytön orgaaniset kemialliset epäpuhtaudet ; torjunta -aineet ja rikkakasvien torjunta-aineet ; ja radioaktiiviset epäpuhtaudet. Veden laatu riippuu paikallisesta geologiasta ja ekosysteemistä sekä ihmisten käyttämisestä sellaisiin tekijöihin kuin jäteveden leviäminen, teollinen saastuminen, vesistöjen käyttö jäähdytysnieluna ja liikakäyttö (joka voi johtaa vedenpinnan laskuun) [4] .
Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) rajoittaa tiettyjen epäpuhtauksien määrää amerikkalaisten julkisten vesijärjestelmien tarjoamassa vesijohtovedessä . Safe Drinking Water Act -laki antaa EPA:lle valtuudet antaa kahdenlaisia standardeja:
Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeviraston (FDA) määräykset asettavat rajat pullotetun veden kontaminanteille [8] . Juomaveden, mukaan lukien pullotettu vesi, voidaan kohtuudella olettaa sisältävän ainakin pieniä määriä joitakin epäpuhtauksia. Näiden epäpuhtauksien esiintyminen ei välttämättä tarkoita, että vesi olisi terveydelle vaarallista.
Kaupunkialueilla ympäri maailmaa vedenkäsittelyteknologiaa käytetään kunnallisissa vesihuollossa saasteiden poistamiseksi lähdevedestä (pintavedestä tai pohjavedestä ) ennen kuin se jaetaan koteihin, yrityksiin, kouluihin ja muihin vastaanottajiin. Suoraan purosta, järvestä tai pohjavesikerroksesta otettu vesi, jota ei ole käsitelty millään tavalla, on määrittelemätöntä juomakelpoista laatua.
Liuenneet ionit voivat vaikuttaa veden soveltuvuuteen erilaisiin teollisiin ja kotitalouskäyttöihin. Tunnetuin niistä on luultavasti kalsiumin (Ca2+) ja magnesiumin (Mg2+) läsnäolo, jotka häiritsevät saippuan puhdistusvaikutusta ja voivat muodostaa kovia sulfaatti- ja pehmeitä karbonaattikerrostumia vedenlämmittimiin tai kattiloihin [9] . Kovaa vettä voidaan pehmentää näiden ionien poistamiseksi. Pehmennysprosessi korvaa usein natriumkationit [10] . Joillekin populaatioille kova vesi voi olla parempi kuin pehmeä vesi, koska terveysongelmiin liittyy kalsiumin puute ja ylimääräinen natrium [11] . Kalsiumin ja magnesiumin lisätarve vedessä riippuu kyseessä olevasta väestöstä, koska ihmiset yleensä saavuttavat suosituksensa ruuan kautta [12] .
Ekologisella vedenlaadulla, jota kutsutaan myös ympäristön laaduksi, tarkoitetaan vesistöjä, kuten järviä , jokia ja valtameriä [13] . Pintavesien veden laatustandardit vaihtelevat huomattavasti erilaisista ympäristöolosuhteista, ekosysteemeistä ja käyttötarkoituksesta johtuen. Myrkylliset aineet ja joidenkin mikro -organismien suuret populaatiot voivat olla terveydelle vaarallisia ei-juomatarkoituksiin [14] , kuten kasteluun, uimiseen, kalastukseen, koskenlaskuun, veneilyyn ja teolliseen käyttöön. Nämä olosuhteet voivat vaikuttaa myös villieläimiin, jotka käyttävät vettä juoma- tai elinympäristönä. EPA:n mukaan veden laatulainsäädäntö suojelee yleensä kalastusta ja virkistyskäyttöä ja edellyttää vähintään nykyisten laatustandardien noudattamista [15] .
Väestön keskuudessa on jonkin verran halu palauttaa vesistöjä alkuperäisiin eli esiteollisiin olosuhteisiin [16] . Useimmat nykyaikaiset ympäristölait keskittyvät vesistöjen erityisten käyttötarkoitusten määrittämiseen. Joissakin maissa nämä nimitykset sallivat jonkin verran veden saastumista , kunhan kyseinen saastetyyppi ei vahingoita aiottua käyttöä. Kun otetaan huomioon maiseman muutokset (esim. maankehitys, kaupungistuminen , metsäalueiden raivaus ) monilla makean veden valuma-alueilla, paluu koskemattomiin oloihin olisi merkittävä haaste. Näissä tapauksissa ympäristötutkijat keskittyvät terveiden ekosysteemien ylläpitämiseen liittyvien tavoitteiden saavuttamiseen ja voivat keskittyä uhanalaisten lajipopulaatioiden ja ihmisten terveyden suojeluun.
Veden laadun monimutkaisuus aiheena heijastuu monenlaisiin veden laatuindikaattoreiden mittauksiin. Jotkut veden laadun mittaukset tehdään tarkimmin in situ, koska vesi on tasapainossa ympäristönsä kanssa. Mittaukset, jotka tyypillisesti tehdään paikan päällä ja suoraan kosketuksessa kyseessä olevan vesilähteen kanssa, sisältävät lämpötilan , pH:n, liuenneen hapen, johtavuuden , redox-potentiaalin (ORP), sameuden ja Secchin kiekon syvyyden.
Monimutkaisempia mittauksia tehdään usein laboratoriossa, jolloin vesinäyte on kerättävä, varastoitava, kuljetettava ja analysoitava muualle. Vesinäytteenottoprosessi aiheuttaa kaksi merkittävää ongelmaa:
Näytteen tallentaminen voi osittain ratkaista toisen ongelman. Yleisesti hyväksytty menetelmä on pitää näytteet kylminä kemiallisten reaktioiden ja faasimuutosten hidastamiseksi ja näyte analysoida mahdollisimman pian; mutta tämä vain minimoi muutokset, ei estä niitä. Hyödyllinen menettely näytesäiliöiden vaikutuksen määrittämiseksi näytteenoton ja analyysin välisen viiveen aikana sisältää kahden keinotekoisen näytteen valmistelun ennen näytteenottotapahtumaa. Yksi näytesäiliö on täytetty vedellä, jonka tiedetään aiemmasta analyysistä sisältävän yhtään havaittavaa määrää kiinnostavaa kemikaalia. Tämä näyte, jota kutsutaan "nollaksi", avataan altistamista varten ilmakehään, kun kiinnostava näyte kerätään, suljetaan ja kuljetetaan laboratorioon näytteen kanssa analysoitavaksi sen määrittämiseksi, ovatko näytteenotto- tai varastointimenettelyt aiheuttaneet mitattavissa olevia määriä. kemiallinen aine. Toinen keinotekoinen näyte kerätään kiinnostuksen kohteena olevasta näytteestä, mutta sitten "ripotellaan" mitatulla lisämäärällä mielenkiinnon kohteena olevaa kemikaalia keräyshetkellä. Nollanäyte (negatiivinen kontrolli) ja piikkinäyte (positiivinen kontrolli) siirretään kiinnostavan näytteen kanssa ja analysoidaan samoilla menetelmillä samaan aikaan, jotta voidaan määrittää voittoa tai tappiota osoittavat muutokset keräämisen ja analyysin välillä kuluneen ajan aikana [20 ] .
Maanjäristysten ja tsunamien kaltaisten tapahtumien jälkeen avustusjärjestöt reagoivat välittömästi käynnissä oleviin avustusoperaatioihin yrittääkseen palauttaa perusinfrastruktuurin ja tarjota selviytymiseen ja myöhempään elpymiseen tarvittavat perusperustarvikkeet [21] . Sairauksien uhkaa lisää suuresti se, että suuri määrä ihmisiä asuu lähellä toisiaan, usein huonoissa olosuhteissa ja ilman asianmukaista sanitaatiota [22] .
Katastrofin jälkeen , kun on kyse veden laadun testaamisesta, vallitsee laajalti mielipiteitä siitä, miten olisi parasta edetä, ja erilaisia menetelmiä voidaan käyttää. Tärkeimmät veden laatuparametrit, jotka on otettava huomioon hätätilanteessa, ovat bakteriologiset indikaattorit ulosteesta, vapaan kloorin jäännös, pH, sameus ja mahdollisesti johtavuus / liuenneiden kiintoaineiden kokonaismäärä. Dekontaminaatiomenetelmiä on monia [23] [24] .
Suurten luonnonkatastrofien jälkeen voi kestää kauan ennen kuin veden laatu palaa katastrofia edeltävälle tasolle. Esimerkiksi vuoden 2004 Intian valtameren maanjäristyksen jälkeen Colombossa sijaitseva International Water Management Institute (IWMI) tarkkaili suolaisen veden vaikutuksia ja päätteli, että kaivot palauttivat juomaveden laadun ennen tsunamia puolitoista vuotta tapahtuman jälkeen [25] . IWMI on kehittänyt protokollia suolavedellä saastuneiden kaivojen puhdistamiseen; myöhemmin Maailman terveysjärjestö hyväksyi ne virallisesti osana hätätilanteita koskevien suuntaviivojen sarjaa [26] .
Yksinkertaisimpia kemiallisen analyysin menetelmiä ovat kemiallisten alkuaineiden mittaukset ottamatta huomioon niiden muotoa. Esimerkiksi hapen alkuaineanalyysi osoittaisi vesinäytteen pitoisuudeksi 890 g/l (grammaa litrassa), koska hapella (O) on 89 % vesimolekyylin (H2O) massasta. Liuenneen hapen mittaamiseen valitussa menetelmässä on erotettava kaksiatominen happi ja happi yhdessä muiden alkuaineiden kanssa. Alkuaineanalyysin vertaileva yksinkertaisuus on tuottanut suuren määrän näytetietoja ja veden laatukriteerejä alkuaineista, jotka joskus tunnistetaan raskasmetalleiksi . Raskasmetallien vesianalyysissä tulee ottaa huomioon vesinäytteessä suspendoituneet maapartikkelit. Nämä suspendoituneet maapartikkelit voivat sisältää mitattavissa olevan määrän metallia. Vaikka hiukkaset eivät liukene veteen, ihmiset, jotka juovat vettä, voivat nauttia niitä. Hapon lisääminen vesinäytteeseen estämään liuenneiden metallien häviäminen näytesäiliöön voi aiheuttaa enemmän metallien liukenemista suspendoituneista maapartikkeleista. Maa-ainehiukkasten suodattaminen vesinäytteestä ennen hapon lisäämistä voi kuitenkin johtaa liuenneiden metallien häviämiseen suodattimelle [ 27] . Samanlaisten orgaanisten molekyylien erottamisen monimutkaisuus on vieläkin monimutkaisempi.
Näiden monimutkaisten mittausten tekeminen voi olla kallista. Koska suorat vedenlaadun mittaukset voivat olla kalliita, on yleensä käynnissä seurantaohjelmia ja valtion virastojen julkaisemia tuloksia. On kuitenkin olemassa paikallisia vapaaehtoisohjelmia ja resursseja yleisarviointia varten [28] . Yleisön käytettävissä olevia työkaluja ovat kotiakvaarioissa yleisesti käytetyt paikan päällä olevat testisarjat ja biologiset arviointimenettelyt.
Vaikka veden laatu otetaan yleensä näytteitä ja analysoidaan laboratorioissa, 1900-luvun lopulta lähtien yleinen kiinnostus kunnallisten järjestelmien tuottaman juomaveden laatua kohtaan on kasvanut. Monet vesilaitokset ovat kehittäneet reaaliaikaisia tiedonkeruujärjestelmiä lähdeveden laadusta. 2000-luvun alussa käytettiin erilaisia antureita ja kaukovalvontajärjestelmiä mittaamaan veden pH:ta, sameutta, liuennutta happea ja muita parametreja [29] . Joitakin kaukokartoitusjärjestelmiä on myös kehitetty seuraamaan ympäröivän veden laatua joki-, suisto- ja rannikkovesissä [30] [31] .
Asettaessaan standardeja virastot tekevät poliittisia ja tieteellisiä/teknisiä päätöksiä sen perusteella, miten vettä käytetään [32] . Luonnollisten vesistöjen osalta virastot tekevät myös jonkin verran kohtuullisia arvioita koskemattomista olosuhteista. Luonnolliset vesimuodot vaihtelevat alueen ympäristöolosuhteiden mukaan, mikä johtaa veden koostumukseen, joka riippuu ympäröivistä geologisista ominaisuuksista, sedimentistä ja kivityypeistä, topografiasta , hydrologiasta ja ilmastosta [33] . Ympäristötutkijat ja vesigeokemistit pyrkivät tulkitsemaan ympäristöparametreja ja -olosuhteita, jotka vaikuttavat alueen veden laatuun, mikä puolestaan auttaa määrittämään saasteiden lähteet ja kohtalot. Ympäristölakimiehet ja poliitikot pyrkivät määrittelemään lainsäädäntöä siten, että vesi säilytetään hyvänä sen erityiseen käyttöön.
Toinen yleinen ajatus veden laadusta on yksinkertainen ominaisuus, joka määrittää , onko vesi saastunut vai ei. Itse asiassa veden laatu on monimutkainen kysymys osittain siksi, että vesi on monimutkainen ympäristö, joka liittyy erottamattomasti alueen ekologiaan , geologiaan ja ihmisen toimintaan. Teolliset ja kaupalliset toiminnot (esim. valmistus, kaivostoiminta, rakentaminen, liikenne) ovat suuri vesien saastumisen aiheuttaja , samoin kuin maatalouden valumat , kaupunkien valumat sekä käsitellyn ja käsittelemättömän jäteveden päästöt .
Euroopan unionin vesipolitiikka on kodifioitu pääasiassa kolmeen direktiiviin :
Indian Council for Medical Research (ICMR) juomaveden standardit.
Etelä-AfrikkaEtelä-Afrikan vedenlaatua koskevat suuntaviivat on ryhmitelty potentiaalisten käyttäjien tyyppien mukaan (esim. kotitalous, teollisuus) vuoden 1996 vedenlaatua koskevissa suuntaviivoissa [36] . Juomaveden laatua säätelee Etelä-Afrikan kansallinen standardi (SANS) 241 Drinking Water Specification [37] .
Iso-BritanniaEnglannissa ja Walesissa hyväksyttävät juomaveden määrät on lueteltu vuoden 2000 Water Supply (Water Quality) Regulationsissa [38] .
YhdysvallatYhdysvalloissa valtion virastot asettavat veden laatustandardit eri vesistöille, jotka perustuvat vesistön haluttuihin käyttötarkoituksiin (esim. kalojen elinympäristö, juomavesi, virkistyskäyttö) [39] . Clean Water Act (CWA) edellyttää jokaisen hallinnoivan lainkäyttöalueen (osavaltiot, alueet ja kattamat heimoyksiköt) toimittavan joka toinen vuosi vedenlaaturaportteja alueellaan. Nämä raportit tunnetaan 303(d)- ja 305(b)-raportteina, ja ne on nimetty niiden vastaavien CWA-määräysten mukaan, ja Environmental Protection Agency (EPA) toimittaa ja hyväksyy [40] . Nämä raportit täyttää hallinnoiva lainkäyttöalue, yleensä valtion ympäristönsuojeluvirasto. EPA suosittelee, että jokainen osavaltio toimittaa yhden "täydentävän raportin", joka sisältää luettelon häirityistä vesistä ja kaikkien osavaltion vesistöjen tilan [41] . National Water Quality Inventory Report kongressille on yleinen vedenlaadun raportti, joka sisältää yleistä tietoa purojen ja jokien kilometrimäärästä ja niiden yhteenlasketusta tilasta [42] . CWA edellyttää, että valtiot hyväksyvät standardit jokaiselle mahdolliselle määrätylle käyttötarkoitukselle, jonka ne osoittavat vesilleen. Jos tosiseikat osoittavat tai dokumentoivat, että puro, joki tai järvi ei täytä veden laatuvaatimuksia yhdessä tai useammassa käyttötarkoituksessaan, se sisällytetään häiriintyneiden vesien luetteloon. Kun valtio on sisällyttänyt vesimuodostuman tähän luetteloon, sen on laadittava hoitosuunnitelma, jossa vahvistetaan vedenkäyttöä heikentävien pilaavien aineiden enimmäispäiväkuormitukset. Näillä kuormituksilla saadaan aikaan vähennykset, jotka ovat tarpeen määrättyjen käyttötarkoitusten täysin tukemiseksi [43] .
Julkisiin vesijärjestelmiin sovellettavat juomavesistandardit on antanut EPA Safe Drinking Water Actin mukaisesti.