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水質とは、水の使用基準に基づいた水の化学的、物理的、生物学的特性を指します。 [ 1 ] [ 2 ]これは、一般的に水の処理によって達成される一連の基準を参照することによって最も頻繁に使用されます。水質を監視および評価するために使用される最も一般的な基準は、生態系の健全性、人間との接触の安全性、水質汚染の程度、および飲料水の状態を示します。水質は給水に大きな影響を与え、多くの場合、給水オプションを決定します。[ 3 ]
時が経つにつれ、飲料水の水質とその公衆衛生への影響の重要性がますます認識されるようになってきた。これにより、水質の保護と管理が強化されてきた。[ 4 ]
水質と健康の関連性についての理解は深まり続け、新たな潜在的な健康危機が浮き彫りになっています。例えば、発育阻害による感染症の慢性的な影響から、マンガンなどの既知の汚染物質による害に関する新たな証拠、そして子供における神経毒性の証拠の増加までです。 [ 4 ]さらに、マイクロプラスチック、パーフルオロ化合物、抗菌剤耐性など、多くの新たな水質問題も発生しています。[ 4 ]
水質に関するパラメータは、その用途によって決定されます。水質分野の研究は、飲料水、工業用/家庭用水、または環境/生態系の修復（一般的には人間/水生生物の健康のため）のために処理される水に焦点を当てる傾向があります。[ 5 ]
未処理の水に含まれる可能性のある汚染物質には、ウイルス、原生動物、細菌などの微生物、塩類や金属などの無機汚染物質、工業プロセスや石油の使用による有機化学汚染物質、農薬や除草剤、放射性汚染物質などがあります。水質は、地域の地質や生態系、下水拡散、工業汚染、水域のヒートシンクとしての利用、過剰利用（水位低下につながる可能性がある）などの人間の利用状況によって左右されます。 [ 6 ]
米国環境保護庁（EPA）は、米国の公共水道システムから供給される水道水に含まれる特定の汚染物質の量を制限しています。安全飲料水法は、 EPAに2種類の基準を制定する権限を与えています。
米国食品医薬品局（FDA）の規制では、ボトル入り飲料水に含まれる汚染物質の限度が定められています。[ 10 ]ボトル入り飲料水を含む飲料水には、少なくとも少量の汚染物質が含まれていることが合理的に予想されます。これらの汚染物質が存在するからといって、必ずしも水が健康リスクをもたらすとは限りません。
世界中の都市部では、水道水浄化技術が都市水道システムで使用され、家庭、企業、学校、その他の利用者に配水される前に、水源（地表水または地下水）から汚染物質を除去します。小川、湖、帯水層から直接取水され、処理されていない水は、飲用適性に関して品質が不確実です。[ 3 ]
汚染された飲料水の負担は、社会的に不利な立場にある脆弱な人々に不均衡に影響を与えます。[ 11 ]こうした清潔な飲料水サービスがないコミュニティは、コレラ、下痢、赤痢、A型肝炎、腸チフス、ポリオなどの水系感染症や汚染関連疾患にかかるリスクがあります。 [ 12 ]これらのコミュニティは、多くの場合、低所得地域にあり、人間の廃水が十分な処理をされずに近くの排水路や地表水排水路に排出されたり、農業灌漑に使用されたりしています。
溶解イオンは、さまざまな産業用途や家庭用途における水の適合性に影響を与える可能性があります。最もよく知られているのは、おそらくカルシウム（Ca 2+）とマグネシウム（Mg 2+ ）の存在でしょう。これらは石鹸の洗浄作用を妨げ、給湯器やボイラーに硬質の硫酸塩や軟質の炭酸塩の沈着物を形成する可能性があります。[ 13 ]硬水は、これらのイオンを除去するために軟水化することができます。軟水化プロセスでは、多くの場合、ナトリウム陽イオンが置換されます。[ 14 ]特定の集団にとっては、カルシウム欠乏症やナトリウム過剰症が健康問題と関連付けられているため、軟水よりも硬水の方が好ましい場合があります。[ 15 ]人々は一般的に食品から推奨量を満たしているため、水中のカルシウムとマグネシウムの追加の必要性は、対象となる集団によって異なります。[ 3 ] : 99, 115, 377
環境水質（環境水質とも呼ばれる）は、湖、河川、海洋などの水域に関係します。[ 16 ]地表水の水質基準は、環境条件、生態系、および人間の意図する用途によって大きく異なります。有毒物質や特定の微生物の個体数が多いと、灌漑、水泳、釣り、ラフティング、ボート、工業用途などの飲用以外の用途において健康被害をもたらす可能性があります。 [ 17 ]これらの状況は、水を飲用または生息地として利用する野生生物にも影響を与える可能性があります。EPAによると、水質法は一般的に漁業とレクリエーション利用の保護を規定しており、最低限、現在の水質基準の維持を要求しています。[ 18 ]一部の地域では、望ましい水質条件には、高溶存酸素濃度、低クロロフィルa濃度、高透明度[ 19 ]、および低水温[ 20 ]が含まれます。
国民の中には、水域を原始的な状態、あるいは産業革命以前の状態に戻したいという願望がある。[ 21 ]現在の環境法のほとんどは、水域の特定の用途の指定に焦点を当てている。一部の国では、特定の種類の汚染が指定された用途に有害でない限り、これらの指定によってある程度の水質汚染が許容されている。多くの淡水域の流域における景観の変化（例えば、土地開発、都市化、森林地帯での皆伐）を考えると、原始的な状態に戻すことは大きな課題となるだろう。このような場合、環境科学者は健全な生態系を維持するための目標達成に焦点を当て、絶滅危惧種の個体群の保護や人間の健康の保護に注力する可能性がある。
水浴用水質に関する規制または等級付けシステムには、2013年英国水浴水質規制、2006年欧州水浴水質指令、および国際的なブルーフラッグビーチ制度などがある。
水質という主題の複雑さは、水質指標の測定方法の多様性にも反映されています。水は周囲環境と平衡状態にあるため、水質測定の中には現場で行うのが最も正確なものもあります。現場で、対象となる水源に直接接触して一般的に行われる測定項目には、温度、pH、溶存酸素、導電率、酸化還元電位（ORP）、濁度、セッキ板深度などがあります。
物理的または化学的検査のための水質サンプリングは、必要な精度と汚染物質の特性に応じて、いくつかの方法で行うことができます。サンプリング方法には、例えば、単純無作為抽出、層化抽出、系統抽出およびグリッド抽出、適応型クラスター抽出、グラブサンプリング、半連続モニタリングおよび連続パッシブサンプリング、遠隔監視、リモートセンシング、バイオモニタリングなどがあります。パッシブサンプラーを使用することで、サンプリング場所のコストとインフラ整備の必要性を大幅に削減できます。
多くの汚染事象は時間的に非常に限定されており、最も一般的には降雨事象に関連しています。このため、「グラブ」サンプルは汚染物質レベルを完全に定量化するには不十分な場合が多いです。[ 22 ]この種のデータを収集する科学者は、時間または排出間隔で水を増分ポンプで送る自動サンプラー装置を使用することがよくあります。
より複雑な測定は、多くの場合、水サンプルを採取、保存、輸送し、別の場所で分析する必要がある研究所で行われます。
水質サンプリングのプロセスには、2つの重大な問題があります。
試料の保存は、2 番目の問題を部分的に解決する可能性があります。一般的な手順は、化学反応と相変化の速度を遅くするために試料を低温に保ち、できるだけ早く試料を分析することですが、これは変化を防ぐのではなく、変化を最小限に抑えるだけです。[ 24 ]： 43-45試料の採取から分析までの遅延中に試料容器の影響を判断するのに役立つ手順には、サンプリングイベントの前に 2 つの人工試料を準備することが含まれます。1 つの試料容器には、以前の分析で目的の化学物質が検出可能な量含まれていないことがわかっている水が満たされます。この「ブランク」と呼ばれる試料は、目的の試料が採取されたときに大気にさらすために開けられ、その後再び密封され、分析のために試料とともに研究室に運ばれ、試料の採取または保管手順によって測定可能な量の目的の化学物質が導入されたかどうかを判断します。2 番目の人工試料は、目的の試料とともに採取されますが、採取時に測定された追加の目的の化学物質で「スパイク」されます。ブランク（ネガティブコントロール）とスパイクサンプル（ポジティブコントロール）は、対象となるサンプルと一緒に持ち運び、同じ方法で同じ時間に分析して、採取から分析までの経過時間中に増加または減少を示す変化を判定します。[ 26 ]
地震や津波などの災害の後には、救援機関が直ちに対応し、基本的なインフラを復旧し、生存とその後の復興に必要な基本的な物資を提供する救援活動が開始されます。[ 27 ]多くの人々が密集して生活し、多くの場合、不衛生な環境で適切な衛生設備がないために、病気の脅威が大幅に増加します。 [ 28 ]
自然災害後、水質検査に関しては、取るべき最善の行動方針について様々な見解があり、様々な方法が採用される可能性がある。緊急時に対処する必要がある主要な基本的な水質パラメータは、糞便汚染の細菌学的指標、遊離残留塩素、pH、濁度、場合によっては導電率/総溶解固形物である。多くの除染方法がある。[ 29 ] [ 30 ]
大規模な自然災害の後、水質が災害前のレベルに戻るまでにはかなりの時間がかかる場合があります。たとえば、2004年のインド洋津波の後、コロンボに拠点を置く国際水管理研究所（IWMI）は塩水の影響を監視し、津波発生から1年半後に井戸の水質が津波前の飲料水の水質に回復したと結論付けました。[ 31 ] IWMIは塩水で汚染された井戸を洗浄するためのプロトコルを開発し、これらはその後、世界保健機関によって緊急ガイドラインのシリーズの一部として正式に承認されました。[ 32 ]
化学分析の最も単純な方法は、化学元素をその形態に関係なく測定する方法です。例えば、酸素の元素分析では、水分子（ H₂O）の質量の89%が酸素（O）であるため、水サンプルの濃度は890 g/L（グラム/リットル）と示されます。溶存酸素を測定するために選択される方法は、二原子酸素と他の元素と結合した酸素を区別する必要があります。元素分析の比較的単純な方法により、重金属として識別されることもある元素に関する膨大な量のサンプルデータと水質基準が作成されてきました。重金属の水質分析では、水サンプル中に懸濁している土壌粒子を考慮する必要があります。これらの懸濁土壌粒子には、測定可能な量の金属が含まれている可能性があります。粒子は水に溶けていませんが、水を飲む人が摂取する可能性があります。溶解した金属がサンプル容器に失われるのを防ぐために水サンプルに酸を加えると、懸濁土壌粒子からより多くの金属が溶解する可能性があります。しかし、酸を加える前に水サンプルから土壌粒子をろ過すると、溶解した金属がフィルターに失われる可能性があります。[ 33 ]類似の有機分子を区別することの複雑さはさらに困難である。
これらの複雑な測定を行うには費用がかかる場合があります。水質の直接測定は費用がかかるため、通常、政府機関が継続的なモニタリングプログラムを実施し、結果を公表します。ただし、一般的な評価のために利用できる地元のボランティアプログラムやリソースがあります。[ 34 ]一般の人々が利用できるツールには、家庭用水槽でよく使用されるオンサイトテストキットや生物学的評価手順などがあります。
バイオセンサーは、「高感度、選択性、信頼性、簡便性、低コスト、リアルタイム応答」の可能性を秘めている。[ 35 ]例えば、バイオナノテクノロジストは、さまざまな水質汚染物質のレベルを検出できるROSALIND 2.0の開発を報告した。 [ 36 ] [ 37 ]
水質は通常研究所でサンプリングおよび分析されますが、20 世紀後半以降、自治体システムによって供給される飲料水の水質に対する一般市民の関心が高まっています。多くの水道事業者は、水源水質に関するリアルタイムのデータを収集するシステムを開発しました。21 世紀初頭には、水の pH、濁度、溶存酸素、その他のパラメータを測定するために、さまざまなセンサーとリモート モニタリング システムが導入されました。[ 38 ]また、河川、河口、沿岸水域の環境水質を監視するために、いくつかのリモート センシング システムも開発されています。[ 39 ] [ 40 ]
以下は、状況別に分類して測定されることが多い指標の一覧です。
生物学的モニタリング指標は多くの場所で開発されており、淡水で広く使用されている測定群の 1 つは、カゲロウ目、カワゲラ目、トビケラ目(EPT) の昆虫の存在と個体数です (底生大型無脊椎動物で、それぞれカゲロウ、カワゲラ、トビケラという一般名があります)。EPT 指数は当然地域ごとに異なりますが、一般的に、地域内では、これらの目の分類群の数が多いほど水質が良いと言えます。EPA などの米国の組織は、モニタリング プログラムの開発と、これらの昆虫目やその他の水生昆虫目の識別に関するガイダンスを提供しています。米国の多くの廃水排出者 (工場、発電所、製油所、鉱山、都市下水処理場など) は、定期的に全排水毒性 (WET) 試験を実施することが義務付けられています。[ 41 ] [ 42 ]
水質モニタリングに関心はあるものの、実験室規模の分析を行う費用や管理能力がない人は、生物学的指標を用いて水質の概略を把握することもできます。一例として、アイオワ州のボランティアによる水質モニタリングプログラムであるIOWATERがあり、EPT指標キーが含まれています。[ 43 ]
二枚貝は、淡水環境と海洋環境の両方において、水生環境の健全性を監視するための生物指標として広く利用されています。個体群の状態や構造、生理機能、行動、あるいは元素や化合物による汚染レベルは、生態系の汚染状態を示す指標となり得ます。二枚貝は固着性であるため、採取または設置された環境を代表するものとして特に有用です。典型的なプロジェクトとしては、米国のムール貝監視プログラム[ 44 ]がありますが、今日では世界中で利用されています。
南アフリカスコアリングシステム（SASS）法は、底生大型無脊椎動物（EPT）の存在に基づく生物学的水質モニタリングシステムです。SASS水生生物モニタリングツールは過去30年間改良され、現在は第5版（SASS5）となっており、国際規格、特にISO/IEC 17025プロトコルに準拠して特別に修正されています。[ 45 ] SASS5法は、南アフリカ水資源省によって河川健康評価の標準法として使用され、国の河川健康プログラムと国の河川データベースに情報を提供しています。
天候やそれに伴うショックは、さまざまな方法で水質に影響を与える可能性があります。これらは地域の気候や状況によって異なります。[ 46 ]天候に関連するショックには、水不足、豪雨、極端な気温などがあります。これらは豪雨や洪水による浸食で水インフラを損傷したり、干ばつで水源を失ったり、水質を悪化させたりする可能性があります。[ 46 ]
気候変動はいくつかの方法で水質を低下させる可能性がある。[ 47 ]： 582
基準を設定する際、機関は水の利用方法に基づいて政治的および技術的/科学的な決定を下します。[ 56 ]自然水域の場合、機関は原始的な状態についても合理的な推定を行います。自然水域は地域の環境条件に応じて変化し、その水質は周囲の地質学的特徴、堆積物、岩石の種類、地形、水文学、気候によって影響を受けます。[ 57 ]環境科学者と水地球化学者は、地域の水質に影響を与えるパラメータと環境条件を解釈するために働き、それが汚染物質の発生源と運命の特定に役立ちます。環境弁護士と政策立案者は、特定された用途に適した水質を維持することを目的として、法律を定義するために働きます。
水質に関するもう一つの一般的な認識は、水が汚染されているかどうかを示す単純な性質であるというものです。しかし実際には、水質は複雑な問題であり、その理由の一つは、水が地域の生態系、地質、そして人為的な活動と本質的に結びついた複雑な媒体であるためです。工業活動や商業活動（製造業、鉱業、建設業、運輸業など）は、農業地域からの流出水、都市部の流出水、処理済みおよび未処理の下水の排出と同様に、水質汚染の主な原因となっています。
南アフリカの水質ガイドラインは、1996年水質ガイドラインにおいて、潜在的な使用者タイプ（家庭用、工業用など）ごとに分類されています。[ 60 ]飲料水の水質は、南アフリカ国家規格（SANS）241飲料水仕様の対象となります。[ 61 ]
イングランドとウェールズでは、飲料水の供給に関する許容レベルは「給水（水質）規則2000」に記載されています。[ 62 ]
米国では、水質基準は、水域の望ましい用途（魚類の生息地、飲料水供給、レクリエーション利用など）に基づいて、さまざまな水域について州機関によって定義されています。[ 63 ]浄水法（CWA）は、各管轄区域（州、準州、および対象となる部族団体）に対し、管轄区域の水質に関する一連の隔年報告書を提出することを義務付けています。これらの報告書は、それぞれのCWA条項にちなんで303(d)および305(b)報告書として知られており、EPAに提出され、EPAによって承認されます。[ 64 ]これらの報告書は、通常は州の環境機関である管轄区域によって作成されます。EPAは、各州が、汚染された水域のリストと州内のすべての水域の状態を含む単一の「統合報告書」を提出することを推奨しています。[ 65 ]議会への国家水質インベントリ報告書は、水質に関する一般的な報告書であり、河川の総延長とそれらの総合的な状態に関する全体的な情報を提供します。[ 66 ] CWAは、州に対し、水域に割り当てた指定用途ごとに基準を採用することを義務付けています。河川、湖沼が、指定用途の1つ以上について水質基準を満たしていないことを示唆または文書化した場合、その水域は汚染水域リストに掲載されます。州が水域をこのリストに掲載すると、水域の利用を阻害する汚染物質の総最大日負荷量（TMDL）を設定する管理計画を策定する必要があります。これらのTMDLは、指定用途を完全にサポートするために必要な削減量を定めています。[ 67 ]
このテキストは、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下で利用可能なこのソースからコピーされました。水源の水質は、流域または井戸取水区域内外の地域の地質、地形、土地利用、活動によって影響を受ける可能性があります。
プラスチックは海洋で発見される最も一般的な海洋ゴミであり、海洋環境に影響を与える最も広範な問題です。また、海洋の健康、食品の安全性と品質、人間の健康、沿岸観光を脅かし、気候変動にも寄与しています。
このテキストは、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下で利用可能なこのソースからコピーされました。2018年3月24日にWayback Machineにアーカイブされました– 専門家協会