La calidad del agua se refiere a las características químicas, físicas y biológicas del agua según los estándares de su uso. Se utiliza con mayor frecuencia en referencia a un conjunto de normas con las que se puede evaluar el cumplimiento, generalmente logrado mediante el tratamiento del agua. Los estándares más comunes utilizados para monitorear y evaluar la calidad del agua transmiten la salud de los ecosistemas, la seguridad del contacto humano, la extensión de la contaminación del agua y el estado del agua potable. La calidad del agua tiene un impacto significativo en el suministro de agua y, a menudo, determina las opciones de suministro.
Los parámetros de calidad del agua están determinados por el uso previsto. El trabajo en el área de la calidad del agua tiende a centrarse en el agua que se trata para la potabilidad, uso industrial / doméstico o restauración (de un medio ambiente / ecosistema, generalmente para la salud de la vida humana / acuática).
Los contaminantes que pueden estar en el agua no tratada incluyen microorganismos como virus, protozoos y bacterias ; contaminantes inorgánicos como sales y metales ; contaminantes químicos orgánicos de procesos industriales y uso de petróleo ; pesticidas y herbicidas ; y contaminantes radiactivos. La calidad del agua depende de la geología y el ecosistema locales, así como de los usos humanos, como la dispersión de aguas residuales, la contaminación industrial, el uso de cuerpos de agua como disipadores de calor y el uso excesivo (que puede reducir el nivel del agua).
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) limita las cantidades de ciertos contaminantes en el agua del grifo proporcionada por los sistemas públicos de agua de los Estados Unidos. La Ley de Agua Potable Segura autoriza a la EPA a emitir dos tipos de normas:
Las regulaciones de la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) establecen límites para los contaminantes en el agua embotellada. Es razonable esperar que el agua potable, incluida el agua embotellada, contenga al menos pequeñas cantidades de algunos contaminantes. La presencia de estos contaminantes no indica necesariamente que el agua presente un riesgo para la salud.
En áreas urbanizadas de todo el mundo, la tecnología de purificación de agua se utiliza en los sistemas de agua municipales para eliminar los contaminantes de la fuente de agua (agua superficial o subterránea ) antes de que se distribuya a hogares, negocios, escuelas y otros destinatarios. El agua extraída directamente de un arroyo, lago o acuífero y que no tiene tratamiento será de calidad incierta en términos de potabilidad.
La carga del agua potable contaminada afecta de manera desproporcionada a poblaciones vulnerables y subrepresentadas. Las comunidades que carecen de estos servicios de agua potable limpia corren el riesgo de contraer enfermedades transmitidas por el agua y relacionadas con la contaminación como el cólera, la diarrea, la disentería, la hepatitis A, la fiebre tifoidea y la poliomielitis. Estas comunidades se encuentran a menudo en áreas de bajos ingresos, donde las aguas residuales humanas se descargan en un canal de drenaje cercano o drenaje de aguas superficiales sin un tratamiento suficiente, o se utilizan en riego agrícola.
Los iones disueltos pueden afectar la idoneidad del agua para una variedad de propósitos industriales y domésticos. El más conocido de ellos es probablemente la presencia de calcio (Ca 2+) y magnesio (Mg 2+) que interfieren con la acción limpiadora del jabón y pueden formar depósitos de sulfato duro y carbonato blando en calentadores de agua o calderas. El agua dura se puede ablandar para eliminar estos iones. El proceso de ablandamiento a menudo sustituye a los cationes de sodio. Para ciertas poblaciones, el agua dura puede ser preferible al agua blanda porque los problemas de salud se han asociado con deficiencias de calcio y con exceso de sodio. La necesidad de calcio y magnesio adicionales en el agua depende de la población en cuestión porque las personas generalmente satisfacen sus cantidades recomendadas a través de los alimentos.
La calidad del agua ambiental, también llamada calidad del agua ambiental, se relaciona con cuerpos de agua como lagos, ríos y océanos. Los estándares de calidad del agua para las aguas superficiales varían significativamente debido a las diferentes condiciones ambientales, ecosistemas y usos humanos previstos. Las sustancias tóxicas y las altas poblaciones de ciertos microorganismos pueden representar un peligro para la salud para fines distintos de la bebida, como el riego, la natación, la pesca, el rafting, la navegación y los usos industriales. Estas condiciones también pueden afectar a la vida silvestre, que usa el agua para beber o como hábitat. Según la EPA, las leyes de calidad del agua generalmente especifican la protección de la pesca y el uso recreativo y requieren, como mínimo, el mantenimiento de los estándares de calidad actuales.
Existe cierto deseo entre el público de devolver los cuerpos de agua a sus condiciones prístinas o preindustriales. La mayoría de las leyes ambientales actuales se centran en la designación de usos particulares de un cuerpo de agua. En algunos países, estas designaciones permiten cierta contaminación del agua siempre que el tipo particular de contaminación no sea perjudicial para los usos designados. Dados los cambios en el paisaje (por ejemplo, desarrollo de tierras, urbanización, tala en áreas boscosas) en las cuencas hidrográficas de muchos cuerpos de agua dulce, volver a condiciones prístinas sería un desafío importante. En estos casos, los científicos ambientales se enfocan en lograr metas para mantener ecosistemas saludables y pueden concentrarse en la protección de poblaciones de especies en peligro de extinción y la protección de la salud humana.
La complejidad de la calidad del agua como tema se refleja en los muchos tipos de mediciones de los indicadores de calidad del agua. Algunas mediciones de la calidad del agua se realizan con mayor precisión en el sitio, porque el agua existe en equilibrio con su entorno. Las mediciones que se realizan comúnmente en el sitio y en contacto directo con la fuente de agua en cuestión incluyen temperatura, pH, oxígeno disuelto, conductividad, potencial de reducción de oxígeno (ORP), turbidez y profundidad del disco Secchi.
El muestreo de agua para pruebas físicas o químicas se puede realizar mediante varios métodos, según la precisión necesaria y las características del contaminante. Los métodos de muestreo incluyen, por ejemplo, muestreo aleatorio simple, muestreo estratificado, muestreo sistemático y de cuadrícula, muestreo adaptativo por conglomerados, muestras individuales, monitoreo semicontinuo y muestreo pasivo continuo, vigilancia remota, teledetección y biomonitoreo. El uso de muestreadores pasivos reduce en gran medida el costo y la necesidad de infraestructura en el lugar de muestreo.
Muchos eventos de contaminación están muy restringidos en el tiempo, más comúnmente en asociación con eventos de lluvia. Por esta razón, las muestras "simples" a menudo son inadecuadas para cuantificar completamente los niveles de contaminantes. Los científicos que recopilan este tipo de datos a menudo emplean dispositivos de muestreo automático que bombean incrementos de agua en intervalos de tiempo o de descarga.
Las mediciones más complejas a menudo se realizan en un laboratorio que requiere que se recolecte, conserve, transporte y analice una muestra de agua en otro lugar. El proceso de muestreo de agua presenta dos problemas importantes:
La conservación de la muestra puede resolver parcialmente el segundo problema. Un procedimiento común es mantener las muestras frías para reducir la velocidad de las reacciones químicas y el cambio de fase, y analizar la muestra lo antes posible; pero esto simplemente minimiza los cambios en lugar de prevenirlos. Un procedimiento útil para determinar la influencia de los recipientes de muestras durante la demora entre la recolección de muestras y el análisis implica la preparación de dos muestras artificiales antes del evento de muestreo. Un recipiente de muestra se llena con agua que se sabe por análisis previos que no contiene una cantidad detectable de la sustancia química de interés. Esta muestra, llamada "blanco", se abre para exponerla a la atmósfera cuando se recolecta la muestra de interés, luego se vuelve a sellar y se transporta al laboratorio con la muestra para su análisis a fin de determinar si la recolección de muestras o los procedimientos de retención introdujeron alguna cantidad medible de la muestra. químico de interés. La segunda muestra artificial se recolecta con la muestra de interés, pero luego se "agrega" una cantidad adicional medida de la sustancia química de interés en el momento de la recolección. El blanco ( control negativo ) y la muestra enriquecida ( control positivo ) se llevan con la muestra de interés y se analizan por los mismos métodos en los mismos momentos para determinar cualquier cambio que indique ganancias o pérdidas durante el tiempo transcurrido entre la recolección y el análisis.
Después de eventos como terremotos y tsunamis, las agencias de ayuda dan una respuesta inmediata a medida que se ponen en marcha las operaciones de socorro para intentar restaurar la infraestructura básica y proporcionar los elementos fundamentales básicos que son necesarios para la supervivencia y la recuperación posterior. La amenaza de enfermedades aumenta enormemente debido al gran número de personas que viven juntas, a menudo en condiciones miserables y sin un saneamiento adecuado.
Después de un desastre natural, en lo que respecta a las pruebas de calidad del agua, hay opiniones generalizadas sobre el mejor curso de acción a tomar y se pueden emplear una variedad de métodos. Los parámetros básicos clave de la calidad del agua que deben abordarse en una emergencia son los indicadores bacteriológicos de contaminación fecal, cloro libre residual, pH, turbidez y posiblemente conductividad / sólidos totales disueltos. Existen muchos métodos de descontaminación.
Después de grandes desastres naturales, puede pasar un período de tiempo considerable antes de que la calidad del agua vuelva a los niveles previos al desastre. Por ejemplo, después del tsunami del Océano Índico de 2004, el Instituto Internacional de Gestión del Agua (IWMI) con sede en Colombo monitoreó los efectos del agua salada y concluyó que los pozos recuperaron la calidad del agua potable anterior al tsunami un año y medio después del evento. IWMI desarrolló protocolos para la limpieza de pozos contaminados por agua salada; Posteriormente, la Organización Mundial de la Salud los aprobó oficialmente como parte de su serie de Guías de emergencia.
Los métodos más simples de análisis químico son los que miden elementos químicos sin tener en cuenta su forma. El análisis elemental de oxígeno, por ejemplo, indicaría una concentración de 890 g / L ( gramos por litro ) de muestra de agua porque el oxígeno (O) tiene el 89% de la masa de la molécula de agua (H 2 O). El método seleccionado para medir el oxígeno disuelto debe diferenciar entre oxígeno diatómico y oxígeno combinado con otros elementos. La simplicidad comparativa del análisis elemental ha producido una gran cantidad de datos de muestra y criterios de calidad del agua para elementos a veces identificados como metales pesados. El análisis de agua para metales pesados debe considerar las partículas de suelo suspendidas en la muestra de agua. Estas partículas de suelo suspendidas pueden contener cantidades cuantificables de metal. Aunque las partículas no se disuelven en el agua, las personas que beben el agua pueden consumirlas. Agregar ácido a una muestra de agua para evitar la pérdida de metales disueltos en el recipiente de la muestra puede disolver más metales de las partículas de suelo suspendidas. Sin embargo, la filtración de partículas de suelo de la muestra de agua antes de la adición de ácido puede causar la pérdida de metales disueltos en el filtro. Las complejidades de diferenciar moléculas orgánicas similares son aún más desafiantes.
Realizar estas medidas complejas puede resultar caro. Debido a que las mediciones directas de la calidad del agua pueden ser costosas, las agencias gubernamentales suelen realizar programas de monitoreo continuo y los resultados divulgan. Sin embargo, existen programas y recursos de voluntariado locales disponibles para una evaluación general. Las herramientas disponibles para el público en general incluyen kits de prueba en el lugar, comúnmente utilizados para tanques de peces domésticos, y procedimientos de evaluación biológica.
Aunque la calidad del agua generalmente se muestrea y analiza en laboratorios, desde finales del siglo XX ha habido un creciente interés público en la calidad del agua potable proporcionada por los sistemas municipales. Muchas empresas de agua han desarrollado sistemas para recopilar datos en tiempo real sobre la calidad del agua de origen. A principios del siglo XXI, se implementaron una variedad de sensores y sistemas de monitoreo remoto para medir el pH del agua, la turbidez, el oxígeno disuelto y otros parámetros. También se han desarrollado algunos sistemas de teledetección para monitorear la calidad del agua ambiental en cuerpos de agua ribereños, estuarinos y costeros.
La siguiente es una lista de indicadores que a menudo se miden por categoría situacional:
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Se han desarrollado métricas de monitoreo biológico en muchos lugares, y una familia de mediciones de agua dulce ampliamente utilizada es la presencia y abundancia de miembros de los órdenes de insectos Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera (EPT) (de macroinvertebrados bentónicos cuyos nombres comunes son, respectivamente, mayfly, stonefly y caddisfly). Los índices de EPT variarán naturalmente de una región a otra, pero generalmente, dentro de una región, cuanto mayor sea el número de taxones de estos órdenes, mejor será la calidad del agua. Organizaciones en los Estados Unidos, como EPA. ofrecer orientación sobre el desarrollo de un programa de seguimiento y la identificación de miembros de estos y otros órdenes de insectos acuáticos. Muchos descargadores de aguas residuales de EE. UU. (P. Ej., Fábricas, plantas de energía, refinerías, minas, plantas de tratamiento de aguas residuales municipales) deben realizar pruebas periódicas de toxicidad de efluentes completos (WET).
Las personas interesadas en monitorear la calidad del agua que no pueden pagar o administrar un análisis a escala de laboratorio también pueden usar indicadores biológicos para obtener una lectura general de la calidad del agua. Un ejemplo es el programa de monitoreo de agua voluntario IOWATER de Iowa, que incluye una clave de indicador EPT.
Los moluscos bivalvos se utilizan en gran medida como bioindicadores para controlar la salud de los medios acuáticos tanto en el agua dulce como en el medio marino. Su estado o estructura poblacional, fisiología, comportamiento o el nivel de contaminación con elementos o compuestos pueden indicar el estado de contaminación del ecosistema. Son particularmente útiles ya que son sésiles, por lo que son representativos del entorno donde se muestrean o colocan. Un proyecto típico es el Programa de Observación de Mejillones de EE. UU., Pero hoy se utilizan en todo el mundo.
El método Southern African Scoring System (SASS) es un sistema biológico de monitoreo de la calidad del agua basado en la presencia de macroinvertebrados bentónicos (EPT). La herramienta de biomonitoreo acuático SASS se ha perfeccionado durante los últimos 30 años y ahora se encuentra en la quinta versión (SASS5) que se ha modificado específicamente de acuerdo con las normas internacionales, a saber, el protocolo ISO / IEC 17025. El método SASS5 es utilizado por el Departamento de Asuntos del Agua de Sudáfrica como método estándar para la Evaluación de la Salud del Río, que alimenta el Programa Nacional de Salud del Río y la Base de Datos Nacional de Ríos.
En el establecimiento de estándares, las agencias toman decisiones políticas y técnicas / científicas basadas en cómo se utilizará el agua. En el caso de los cuerpos de agua naturales, las agencias también hacen una estimación razonable de las condiciones prístinas. Los cuerpos de agua naturales variarán en respuesta a las condiciones ambientales de una región, por lo que la composición del agua está influenciada por las características geológicas circundantes, los sedimentos y los tipos de rocas, la topografía, la hidrología y el clima. Los científicos ambientales y los geoquímicos acuosos trabajan para interpretar los parámetros y las condiciones ambientales que impactan la calidad del agua de una región, lo que a su vez ayuda a identificar las fuentes y el destino de los contaminantes. Los abogados ambientales y los legisladores trabajan para definir la legislación con la intención de que el agua se mantenga en una calidad adecuada para su uso identificado.
Otra percepción general de la calidad del agua es la de una propiedad simple que indica si el agua está contaminada o no. De hecho, la calidad del agua es un tema complejo, en parte porque el agua es un medio complejo intrínsecamente ligado a la ecología, geología y actividades antropogénicas de una región. Las actividades industriales y comerciales (por ejemplo, fabricación, minería, construcción, transporte ) son una de las principales causas de la contaminación del agua, al igual que la escorrentía de las zonas agrícolas, la escorrentía urbana y la descarga de aguas residuales tratadas y no tratadas.
La política del agua de la Unión Europea está codificada principalmente en tres directivas :
Las pautas de calidad del agua para Sudáfrica se agrupan según los tipos de usuarios potenciales (por ejemplo, domésticos, industriales) en las Pautas de calidad del agua de 1996. La calidad del agua potable está sujeta a la Norma Nacional Sudafricana (SANS) 241 Especificación de agua potable.
En Inglaterra y Gales, los niveles aceptables para el suministro de agua potable se enumeran en las "Regulaciones de suministro de agua (calidad del agua) 2000".
En los Estados Unidos, los estándares de calidad del agua son definidos por agencias estatales para varios cuerpos de agua, guiados por los usos deseados para el cuerpo de agua (por ejemplo, hábitat de peces, suministro de agua potable, uso recreativo). La Ley de Agua Limpia (CWA) requiere que cada jurisdicción gobernante (estados, territorios y entidades tribales cubiertas) presente un conjunto de informes bienales sobre la calidad del agua en su área. Estos informes se conocen como informes 303 (d) y 305 (b), nombrados por sus respectivas disposiciones de la CWA, y son presentados y aprobados por la EPA. Estos informes los completa la jurisdicción gobernante, generalmente una agencia ambiental estatal. La EPA recomienda que cada estado presente un único "Informe integrado" que comprenda su lista de aguas deterioradas y el estado de todos los cuerpos de agua del estado. El Informe del Inventario Nacional de la Calidad del Agua al Congreso es un informe general sobre la calidad del agua, que proporciona información general sobre la cantidad de millas de arroyos y ríos y su condición agregada. La CWA requiere que los estados adopten estándares para cada uno de los posibles usos designados que asignan a sus aguas. Si la evidencia sugiere o documenta que un arroyo, río o lago no ha cumplido con los criterios de calidad del agua para uno o más de sus usos designados, se coloca en una lista de aguas deterioradas. Una vez que un estado ha incluido un cuerpo de agua en esta lista, debe desarrollar un plan de gestión que establezca las cargas diarias máximas totales (TMDL) para los contaminantes que afectan el uso del agua. Estos TMDL establecen las reducciones necesarias para respaldar completamente los usos designados.
Los estándares de agua potable, que son aplicables a los sistemas públicos de agua, son emitidos por la EPA bajo la Ley de Agua Potable Segura.