Vattenkvalitet är de kemiska , fysiska och biologiska egenskaperna hos vatten baserat på standarder för dess användning [1] [2] . De används oftast i förhållande till en uppsättning standarder, överensstämmelse med vilka som regel uppnås genom vattenbehandling kan bedömas. De vanligaste standarderna som används för att övervaka och bedöma vattenkvaliteten återspeglar ekosystemens hälsa , säkerheten för mänsklig kontakt och dricksvattnets hälsa . Vattenkvaliteten har en betydande inverkan på vattenförsörjningen och avgör ofta försörjningsalternativen [3] .
Vattenkvalitetsparametrar bestäms av den avsedda användningen. Vattenkvalitetsarbete tenderar att fokusera på vatten som behandlas för dricksvatten, industriellt/hushållsbruk eller restaurering (miljö/ekosystem, typiskt människor/vattenliv).
Föroreningar som kan finnas i obehandlat vatten inkluderar mikroorganismer , såsom virus , protozoer och bakterier ; oorganiska föroreningar såsom salter och metaller ; organiska kemiska föroreningar från industriella processer och oljeanvändning ; bekämpningsmedel och herbicider ; och radioaktiva föroreningar. Vattenkvaliteten beror på den lokala geologin och ekosystemet , såväl som mänsklig användning av faktorer som spridning av avloppsvatten, industriell förorening, användning av vattendrag som kylfläns och överanvändning (vilket kan leda till lägre vattennivåer) [4] .
United States Environmental Protection Agency (EPA) begränsar mängden vissa föroreningar i kranvatten som tillhandahålls av amerikanska offentliga vattensystem. Safe Drinking Water Act tillåter EPA att utfärda två typer av standarder:
U.S. Food and Drug Administration (FDA) föreskrifter sätter gränser för föroreningar i vatten på flaska [8] . Dricksvatten, inklusive vatten på flaska, kan rimligen förväntas innehålla åtminstone små mängder av vissa föroreningar. Förekomsten av dessa föroreningar indikerar inte nödvändigtvis att vattnet utgör en hälsorisk.
I stadsområden runt om i världen används vattenbehandlingsteknik i kommunala vattenförsörjningar för att avlägsna föroreningar från källvatten (ytvatten eller grundvatten ) innan det distribueras till hem, företag, skolor och andra mottagare. Vatten som tas direkt från en bäck, sjö eller akvifer och som inte behandlas på något sätt kommer att vara av obestämd drickskvalitet.
Lösta joner kan påverka vattnets lämplighet för en mängd olika industriella och hushållsändamål. Den mest kända av dessa är förmodligen förekomsten av kalcium (Ca2+) och magnesium (Mg2+), som stör rengöringsverkan av tvål och kan bilda hårda sulfat- och mjuka karbonatavlagringar i varmvattenberedare eller pannor [9] . Hårt vatten kan mjukas upp för att ta bort dessa joner. Mjukningsprocessen ersätter ofta natriumkatjoner [10] . För vissa populationer kan hårt vatten vara att föredra framför mjukt vatten, eftersom hälsoproblem är förknippade med kalciumbrist och överskott av natrium [11] . Behovet av ytterligare kalcium och magnesium i vatten beror på befolkningen i fråga eftersom människor vanligtvis når sina rekommenderade mängder genom mat [12] .
Ekologisk vattenkvalitet, även kallad miljökvalitet, hänvisar till vattenförekomster som sjöar , floder och hav [13] . Vattenkvalitetsnormerna för ytvatten varierar avsevärt på grund av olika miljöförhållanden, ekosystem och avsedd mänsklig användning. Giftiga ämnen och höga populationer av vissa mikroorganismer kan utgöra en hälsorisk för icke-drickande ändamål [14] såsom bevattning, simning, fiske, forsränning, båtliv och industriell användning. Dessa förhållanden kan också påverka vilda djur som använder vattnet för att dricka eller som livsmiljö. Enligt EPA skyddar vattenkvalitetslagar i allmänhet fiske och rekreationsanvändning och kräver, som ett minimum, att nuvarande kvalitetsstandarder bibehålls [15] .
Det finns en viss önskan bland befolkningen att återställa vattenförekomster till sina ursprungliga eller förindustriella förhållanden [16] . De flesta moderna miljölagar fokuserar på att utse specifika användningar av en vattenförekomst. I vissa länder tillåter dessa beteckningar viss vattenförorening så länge som den specifika typen av förorening inte skadar den avsedda användningen. Med tanke på landskapsförändringar (t.ex. markutveckling, urbanisering , röjning av skogsområden ) i många sötvattendelar skulle en återgång till orörda förhållanden vara en betydande utmaning. I dessa fall fokuserar miljöforskare på att uppnå målen att upprätthålla sunda ekosystem och kan fokusera på att skydda utrotningshotade artpopulationer och skydda människors hälsa.
Vattenkvalitetens komplexitet som ämne återspeglas i många typer av mätningar av vattenkvalitetsindikatorer. Vissa mätningar av vattenkvaliteten görs mest exakt på plats eftersom vattnet är i jämvikt med sin omgivning. Mätningar som vanligtvis tas in situ och i direkt kontakt med vattenkällan i fråga inkluderar temperatur , pH, löst syre, konduktivitet , redoxpotential (ORP), grumlighet och Secchi-skivdjup.
Mer komplexa mätningar görs ofta i ett laboratorium, vilket kräver att vattenprovet samlas in, lagras, transporteras och analyseras någon annanstans. Vattenprovtagningsprocessen skapar två betydande problem:
Att spara provet kan delvis lösa det andra problemet. Det allmänt accepterade förfarandet är att hålla proverna kalla för att bromsa hastigheten för kemiska reaktioner och fasförändringar, och analysera provet så snart som möjligt; men detta minimerar bara förändringarna, inte förhindrar dem. En användbar procedur för att bestämma effekten av provbehållare under fördröjningen mellan provtagning och analys innebär att man förbereder två konstgjorda prover innan provtagningshändelsen. En provbehållare är fylld med vatten som är känt från tidigare analys för att inte innehålla någon detekterbar mängd av kemikalien av intresse. Detta prov, som kallas "blank", öppnas för exponering för atmosfären när provet av intresse samlas in, förseglas sedan och transporteras till laboratoriet tillsammans med provet för analys för att avgöra om provtagnings- eller lagringsprocedurer har infört någon mätbar mängd av provet av intresse kemisk substans. Ett andra artificiellt prov samlas in från provet av intresse, men "ströjas" sedan med en uppmätt ytterligare mängd av kemikalien av intresse vid tidpunkten för insamlingen. Ett blankprov (negativ kontroll) och ett spikat prov (positiv kontroll) överförs med provet av intresse och analyseras med samma metoder samtidigt för att fastställa eventuella förändringar som tyder på vinst eller förlust under den tid som har förflutit mellan insamling och analys [20 ] .
Efter händelser som jordbävningar och tsunamis , reagerar hjälporganisationer omedelbart på pågående hjälpoperationer för att försöka återställa grundläggande infrastruktur och tillhandahålla de grundläggande grundläggande föremålen som behövs för överlevnad och efterföljande återhämtning [21] . Hotet om sjukdomar ökar kraftigt av det stora antalet människor som bor nära varandra, ofta under dåliga förhållanden och utan ordentlig sanitet [22] .
Efter en katastrof , när det gäller att testa vattenkvaliteten, finns det utbredda åsikter om hur man bäst ska gå tillväga och olika metoder kan användas. De viktigaste primära vattenkvalitetsparametrarna att överväga i en nödsituation är bakteriologiska indikatorer på fekal kontaminering, kvarvarande fritt klor, pH, grumlighet och möjligen konduktivitet/totalt lösta fasta ämnen. Det finns många metoder för dekontaminering [23] [24] .
Efter stora naturkatastrofer kan det ta lång tid innan vattenkvaliteten återgår till nivåerna före katastrofen. Till exempel, efter jordbävningen i Indiska oceanen 2004, övervakade Colombo-baserade International Water Management Institute (IWMI) effekten av saltvatten och drog slutsatsen att brunnar återställde dricksvattenkvaliteten före tsunamin ett och ett halvt år efter händelsen [25] . IWMI har utvecklat protokoll för rengöring av brunnar som är förorenade med saltvatten; därefter godkändes de formellt av Världshälsoorganisationen som en del av dess nödsituationsriktlinjer [26] .
De enklaste metoderna för kemisk analys är mätningar av kemiska grundämnen utan att ta hänsyn till deras form. En elementaranalys av syre , till exempel, skulle visa en koncentration på 890 g/l (gram per liter) av ett vattenprov, eftersom syre (O) har 89 % av massan av en vattenmolekyl (H2O). Metoden som väljs för att mäta löst syre måste skilja mellan diatomiskt syre och syre i kombination med andra grundämnen. Den jämförande enkelheten med elementaranalys har gett en stor mängd provdata och vattenkvalitetskriterier för grundämnen som ibland identifieras som tungmetaller . Vattenanalys för tungmetaller bör ta hänsyn till jordpartiklar suspenderade i vattenprovet. Dessa suspenderade jordpartiklar kan innehålla en mätbar mängd metall. Även om partiklarna inte löser sig i vatten kan de konsumeras av människor som dricker vattnet. Att tillsätta syra till vattenprovet för att förhindra förlust av lösta metaller till provbehållaren kan leda till att fler metaller löses upp från suspenderade jordpartiklar. Men filtrering av jordpartiklar från ett vattenprov före syratillsats kan resultera i förlust av lösta metaller på filtret [27] . Komplexiteten i att differentiera liknande organiska molekyler är ännu mer komplex.
Att göra dessa komplexa mätningar kan bli kostsamt. Eftersom direkta mätningar av vattenkvalitet kan vara dyra, finns det vanligtvis pågående övervakningsprogram och resultat som publiceras av statliga myndigheter. Det finns dock lokala volontärprogram och resurser tillgängliga för en allmän bedömning [28] . Verktyg som är tillgängliga för allmänheten inkluderar testkit på plats som vanligtvis används för akvarier i hemmet och biologiska bedömningsprocedurer.
Även om vattenkvalitet vanligtvis provtas och analyseras i laboratorier, har det sedan slutet av 1900-talet funnits ett växande allmänintresse för kvaliteten på dricksvattnet från kommunala system. Många vattenverk har utvecklat datainsamlingssystem i realtid för källvattenkvalitet. I början av 2000-talet användes olika sensorer och fjärrövervakningssystem för att mäta vattnets pH, grumlighet, löst syre och andra parametrar [29] . Vissa fjärranalyssystem har också utvecklats för att övervaka omgivande vattenkvalitet i floder, flodmynningar och kustvatten [30] [31] .
Vid fastställande av standarder fattar myndigheter politiska och vetenskapliga/tekniska beslut baserat på hur vatten ska användas [32] . När det gäller naturliga vattenförekomster gör myndigheterna också en rimlig bedömning av orörda förhållanden. Naturliga vattenförekomster varierar med miljöförhållandena i regionen, vilket resulterar i vattensammansättning beroende på omgivande geologiska särdrag, sediment och bergarter, topografi , hydrologi och klimat [33] . Miljövetare och akvatiska geokemister arbetar med att tolka de miljöparametrar och förhållanden som påverkar en regions vattenkvalitet, vilket i sin tur hjälper till att fastställa föroreningarnas källor och öden. Miljöjurister och politiker arbetar med att definiera lagstiftning med avsikten att vattnet ska hållas i god kvalitet för dess specifika användning.
En annan generell idé om vattenkvalitet är en enkel egenskap som avgör om vattnet är förorenat eller inte. Faktum är att vattenkvaliteten är en komplex fråga, delvis för att vatten är en komplex miljö som är oupplösligt kopplad till ekologin , geologin och mänskliga aktiviteterna i en region. Industriell och kommersiell verksamhet (t.ex. tillverkning, gruvdrift, konstruktion, transport) är en viktig orsak till vattenföroreningar , liksom avrinning från jordbruksområden, stadsavrinning och utsläpp av renat och orenat avloppsvatten .
Europeiska unionens vattenpolitik är huvudsakligen kodifierad i tre direktiv :
Indian Council for Medical Research (ICMR) standarder för dricksvatten.
SydafrikaVattenkvalitetsriktlinjer för Sydafrika är grupperade efter typer av potentiella användare (t.ex. hushåll, industri) i 1996 års riktlinjer för vattenkvalitet [36] . Dricksvattenkvaliteten regleras av South African National Standard (SANS) 241 Drinking Water Specification [37] .
StorbritannienI England och Wales är acceptabla nivåer av dricksvattenförsörjning listade i Water Supply (Water Quality) Regulations 2000 [38] .
USAI USA sätts vattenkvalitetsnormer av statliga myndigheter för olika vattenförekomster baserat på den önskade användningen av vattenförekomsten (t.ex. fiskhabitat, dricksvattenförsörjning, rekreationsanvändning) [39] . Clean Water Act (CWA) kräver att varje administrerande jurisdiktion (stater, territorier och täckta stamenheter) lämnar in en uppsättning tvååriga vattenkvalitetsrapporter i sitt område. Dessa rapporter är kända som 303(d) och 305(b)-rapporter, uppkallade efter deras respektive CWA-bestämmelser, och är inlämnade och godkända av Environmental Protection Agency (EPA) [40] . Dessa rapporter fylls i av den förvaltande jurisdiktionen, vanligtvis regeringens Naturvårdsverk. EPA rekommenderar att varje stat lämnar in en enda "omfattande rapport" som innehåller dess lista över störda vatten och statusen för alla vattenförekomster i staten [41] . National Water Quality Inventory Report to Congress är en allmän vattenkvalitetsrapport som innehåller allmän information om antalet miles av bäckar och floder och deras kombinerade status [42] . CWA kräver att stater antar standarder för var och en av de möjliga utsedda användningarna som de tilldelar sina vatten. Om fakta indikerar eller dokumenterar att en bäck, å eller sjö inte uppfyller vattenkvalitetskriterierna för en eller flera av dess anvisade användningsområden, tas den upp i listan över störda vatten. När en stat väl har tagit med en vattenförekomst på denna lista måste den utveckla en förvaltningsplan som fastställer totala maximala dagliga belastningar för föroreningar som försämrar vattenanvändningen. Dessa belastningar skapar de minskningar som krävs för att fullt ut stödja de tilldelade användningarna [43] .
Dricksvattenstandarder som gäller för offentliga vattensystem utfärdas av EPA under Safe Drinking Water Act.