Badania monitoringowe wody wykonuje się wszędzie, gdzie jest wykorzystywana oraz w punktach sieci obserwacyjno-badawczej. Wody powierzchniowe badane są z lądu, w stałych punktach monitoringowych lub na powierzchni akwenu, z łodzi. Wody podziemne monitoruje się przy pomocy otworów hydrogeologicznych, wykonanych w stałych punktach obserwacyjnych lub miejscu skażenia. Są to studnie, studnie kopalne i piezometry. Piezometry to wąskie otwory (o średnicy < 10 cm) wywiercone w ziemi dla poboru (obserwacji poziomu) wody do analizy. Badania monitoringowe obejmują również wywiad terenowy wokół punktów poboru, dla wykrycia ewentualnych źródeł skażenia. W obserwacji stanu zanieczyszczeń dużych zbiorników wodnych stosuje się teledetekcję.
Monitoring wód podziemnych
Monitoring stanu ilościowego Monitoring stanu jakościowego – monitoring chemiczny
Monitoring diagnostyczny
Monitoring
operacyjny Monitoring badawczy
Pobór próbek wody Pomiar poziomu zwierciadła wody Monitoring poziomu zwierciadła wody Monitoring stopnia zczerpania wody Dane o poborze wody Dane o dostępnych zasobach wody Punkty badawcze monitoringu wody
33 Jest to metoda badawcza za pomocą, której uzyskuje się informację o przedmiocie badań bez fizycznego kontaktu z nim. Informacje można uzyskiwać z lądu, statku, samolotu czy satelity.
W badaniu stanu zanieczyszczeń środowiska wodnego dużą rolę odgrywa również biomonitoring, polegający zwykle na długoterminowych obserwacjach występowania, liczebności oraz zachowania wodnych organizmów żywych zwanych bioindykatorami. Obserwacji poddawane są małże, ryby i owady wodne.
4.1.1. Monitoring wód „in situ”
Podstawowe analizy wody oraz pomiar parametrów wody, które szybko ulegają zmianom najczęściej mogą być wykonywane bezpośrednio w zbiorniku wodnym lub, również w terenie, po pobraniu próbki i dodaniu odpowiedniego odczynnika. Analizy wody wymagające specjalistycznego sprzętu muszą być wykonywane w laboratorium, po uprzednim zabezpieczeniu próbek przed procesami zmieniającymi ich skład i właściwości z chwili pobrania. Do pomiarów terenowych należą: pomiar temperatury, odczynu wody, zasolenia, przezroczystości, prędkości przepływu (w rzekach), ilości tlenu rozpuszczonego, zawartości wolnego chloru, cyjanków, amoniaku, azotynów i innych. Do wykonywania analiz terenowych stosuje się aparaty polowe, tzn. urządzenia spełniające następujące wymogi:
• mała masa, umożliwiająca transport przez jedną osobę (od 250 g do 7,5 kg, zwykle umieszczone w walizce),
• zasilanie z baterii lub akumulatora samochodowego,
• uzyskiwanie wyniku w miejscu pomiaru w krótkim czasie (do kilkunastu minut),
• precyzyjnie określone takie parametry, jak: zakres stężeń oznaczanych substancji, dokładność i precyzja pomiarów oraz wpływ matrycy na wynik oznaczenia,
• prosta procedura wykonania oznaczenia.
Przykładem historycznej (stosowanej od 1865 r.) analizy wody jest pomiar mętności (przezroczystości) za pomocą krążka Secchiego. Krążek ma średnicę 20-30 cm, razem z balastem jest zamocowany na wyskalowanej w jednostkach długości lince. Białe krążki stosuje się w badaniu wody morskiej a czarno-białe do wody w jeziorze. Krążek powoli opuszcza się w wodzie, aż zniknie z oczu obserwatora (pierwsza głębokość), następnie powoli podciąga, aż znowu ukaże się w polu widzenia (druga głębokość). Uśredniona głębokość nazywa się głębokością krążka Secchiego lub głębokością Secchiego i jest miarą przejrzystości wody, która zależy od barwy wody, ilości zawiesiny, obecności glonów, pochłaniania i odbicia światła od powierzchni wody. Głębokość Secchiego jest wypadkową wymienionych czynników. Pomiar głębokości Secchiego jest ciągle powszechnie stosowany, jako najprostszy sposób porównania cech wody w obrębie jednego lub kilku zbiorników. Metoda krążka Secchiego stosowana jest też, jako odniesienie do pomiarów teledetekcyjnych zbiorników wodnych. Współczesne mętnościomierze to systemy optyczne wykorzystujące promieniowanie podczerwone lub widzialne. Mętnościomierze zamknięte są w odpornej obudowie, umożliwiającej pomiary nawet w trudnych warunkach polowych.
Na rynku istnieje wiele aparatów do badań terenowych wody, w których wykorzystuje się pomiary elektrochemiczne i kolorymetryczne. Aparaty elektrochemiczne służą do pomiarów: pH, stężenia różnych jonów poprzez wykorzystanie odpowiednich elektrod jonoselektywnych, zasolenia, przewodnictwa wody poprzez wykorzystanie konduktometrów. Aparaty kolorymetryczne to szeroka gama urządzeń, od
34 prostych, z wykorzystaniem papierków wskaźnikowych, do spektrofotometrów z siatką dyfrakcyjną wyposażonych w komputer. W zależności od rodzaju zjawiska, będącego podstawą pomiaru oraz złożoności przyrządu stosowane są aparaty przenośne, mierzące jeden, kilka lub kilkadziesiąt parametrów. Przykłady aparatów przenośnych, stosowanych w analizach wody podano w tabeli 7.
Oprócz wymienionych i wielu innych, podobnych aparatów, stosowane są testy paskowe, krążkowe, kropelkowe, cyfrowe urządzenia do miareczkowania oraz testy mikrobiologiczne oznaczania toksyczności wody. W testach mikrobiologicznych wykorzystywane jest zjawisko naturalnej luminescencji bakteryjnej. Bakterie ożywiane są przed testem i zadawane wodą badaną. Jeśli woda zawierała związki toksyczne, bakterie giną i luminescencja jest osłabiana. Testy przeprowadza się w przenośnym inkubatorze, zasilanym na baterie, a wynik otrzymuje się w ciągu 30 min (np. w aparacie LUMIStox 300, f-my Dr. Bruno Lange GmbH, Niemcy).
Tabela 7. Aparaty przenośne stosowane w analizach wody
L.p. Model aparatu Parametr mierzony; stosowana długość fali
1. 942 f-my pHOX pH, temperatura
2. 952 f-my pHOX Przewodność, temperatura
3. 962 f-my pHOX Tlen rozpuszczony, temperatura
4. 982 f-my pHOX Temperatura, zawartość NH i NH
5. 201-205
f-my pHOX
Temperatura, przewodność, pH, mętność, potencjał redoks, głębokość, zawartość tlenu rozpuszczonego i NH3
6. DR/800
f-my HACH
Chlor wolny i całkowity, amoniak, żelazo i in.; 420, 520, 560, 610 nm
7. DR/2000 f-my HACH Chlor wolny i całkowity, amoniak, azot w różnych postaciach i ogólny, tlen, tłuszcz, krzemionka, metale ciężkie i in.(razem 60 parametrów); 400-900 nm
8. NOVA 60
Spectroquant® f-my Merck
Rutynowa analiza wody (130 metod testowych w pamięci + możliwość wprowadzenia 50 dalszych)
4.1.2. Teledetekcja w monitoringu wód
Teledetekcja stosowana jest do wykrywania zanieczyszczeń ropopochodnych w środowisku morskim. Obserwacja powierzchni wody w dużych akwenach prowadzona jest z wież, znajdujących się na lądzie, z balonów unoszących się nad wodą, z samolotów i satelitów. W urządzeniach znajdujących się w wymienionych obiektach wykorzystuje się fakt odmiennego zachowania się plamy oleju niż powierzchni czystej wody. Rodzaj urządzenia zależy od istoty wykorzystywanego do pomiaru zjawiska fizycznego. Przykłady głównych technik stosowanych w teledetekcji zanieczyszczeń związkami ropy naftowej przedstawiono w tabeli 8. Rejon Morza Bałtyckiego jest patrolowany przez samoloty wyposażone najczęściej w radar boczny SLAR, skaner UV i IR, mikroradiometr oraz kamery przeznaczone do dokumentacji wizualnej.
35 Tabela 8. Techniki stosowne w monitoringu zdalnym wód powierzchniowych
L.p. Technika/Urządzenie Zasada pomiaru Zastosowanie
1. Techniki wizualne/ telekamery
Pomiar odbitego światła widzialnego
Pomiary wykonywane są tylko w dzień, ograniczony
zasięg
2. Skaner IR Pomiar emitowanego
promieniowania z zakresu podczerwieni(w ciągu dnia plama oleju ma wyższą
temperaturę niż powierzchnia czystej wody)
Mało dokładne, widoczne plamy oleju o grubości od kilkadziesiąt µm wzwyż
3. Skaner UV Pomiar odbitego
promieniowania z zakresu ultrafioletu (plama oleju odbija w większym stopniu
niż czysta woda)
Można wykryć plamę o grubości poniżej 10 µm, ale
tylko w dzień
4. Skaner
fluorescencyjny
Pomiar fluorescencji oleju wywołanej światłem laserowym z zakresu
nadfioletu
Mogą być stosowane tylko w idealnych warunkach pogodowych, interferują związki organiczne zawarte w
wodzie, których ilość tez można oznaczać ta metodą
5. Radar SLAR
(pokładowy radar obserwacji bocznej, ang. SLAR) oraz radar
SAR (radar z syntetyczną aperturą,
ang. SAR)
Pomiar rozproszonego do tyłu promieniowania mikrofalowego, olej zmienia
obraz na radarze, bo tłumi fale kapilarne na wodzie
Przeszkadza wiatr o prędkości mniejszej niż 1,5
m/s oraz powyżej 6 m/s, urządzenie skanujące wraz z
przemieszczaniem się samolotu , na którym się
znajduje
4.1.3. Biomonitoring wód
W biomonitoringu wody używa się ryby, małże słodkowodne i owady wodne. Długoterminowe obserwacje występowania, liczebności i zachowania bioindykatorów pozwalają ocenić zmiany w stopniu zanieczyszczenia akwenu. Niektóre gatunki ryb i małży słodkowodnych mogą być podstawą systemu szybkiego ostrzegania. Takie systemy, będące połączeniem zachowań zwierząt z czujnikami elektronicznymi są stosowane w miejscach wypuszczania ścieków lub w miejscach powierzchniowych ujęć wodnych. Ryby umieszcza się w klatkach uniemożliwiających ucieczkę, przez które przepływa strumień badanej wody czy ścieku. Jeśli w strumieniu pojawi się substancja toksyczna, ryby zmieniają swoje zachowanie, unikają toksycznego nurtu i przemieszczają się w obszar działania czujników. Impulsy z czujników są rejestrowane przez komputer lub włączają systemy alarmowe.
Małże słodkowodne są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenie wody związkami toksycznymi; reagują nagłym, całkowitym zamknięciem muszli.
W ujęciu wody z Jeziora Straszyńskiego, oprócz rutynowych, laboratoryjnych analiz parametrów fizyko-chemicznych wody prowadzony jest biomonitoring. Rolę bioindykatora pełni pstrąg tęczowy
36 umieszczony w akwarium przepływowym zasilanym wodą z jeziora. Biomonitoring prowadzony jest też z udziałem skójki zaostrzonej (gatunek małży słodkowodnej). Akwarium, w którym znajdują się małże jest zasilane bezpośrednio z jeziora. W akwarium znajduje się 8 osobników, których ruchy monitoruje się przez całą dobę. Gwałtowne zamknięcie muszli większości małży lub powolne zamknięcie, ale również większości osobników, jest sygnałem alarmowym. W razie alarmu dyspozytor zamyka stację uzdatniania wody i prowadzone są szczegółowe badania chemiczne i mikrobiologiczne wody pobranej ze zbiornika z małżami.