Ecologische Waterbeoordeling (BW4.0)
B. Technisch deel
5. Nieuwe technieken

1. Continu opstellingen

Continu opstellingen

Inleiding

Continu opstellingen worden gebruikt om over een langere periode frequente metingen te doen van de waterkwaliteit. Meetdoelen van deze opstellingen zijn doorgaans gerelateerd aan normoverschrijdingen, het inzicht in het functioneren van het watersysteem, inzicht in maatregel-effectrelaties of inzicht ten behoeve van sturingsmaatregelen in het watersysteem. De gebruikte technieken zijn onder te verdelen in actieve en passieve monitoring. De technieken staan hieronder toegelicht.
 

Actieve technieken

Sensoren

De fysisch-chemische waterkwaliteit en pigmenten van fytoplankton kunnen met behulp van sensoren in situ worden gemeten. Dit is mogelijk voor een aantal hieronder genoemde parameters. Door de ontwikkeling van nieuwe sensoren neemt het aantal parameters wat op deze wijze gemeten kan worden toe. Sensoren meten met een elektrode of optisch. Daarnaast zijn er flow-cytometers op de markt, die in het water en zelfs tot tweehonderd meter diepte de dichtheid van fytoplankton en zijn samenstelling op hoofdgroepen kunnen bepalen. 

 
Meetbare parameters
  • Troebelheid (turbiditeit, TSS, TDS, DOM, CDOM)
  • Temperatuur
  • pH
  • BZV/CZV
  • Opgeloste zuurstof
  • Geleidbaarheid/EGV
  • Redox potentiaal
  • Opgeloste ionen (F-, Ca2+, NO3-, Cl-, Pb2+, I-, Cu2+, Br-, Ag+/S2-, BF4-, Br-,
  • Fytoplanktonpigmenten (Chlorofyl-a, Phycocyanine, Phycoerythrine)Fytoplanktondichtheid en globale samenstelling

Sensoren worden aangesloten op een meter die de sensorwaarde omzet in een meetwaarde. De meetwaarde is af te lezen van de meter. Een eenmalige of laagfrequente meting van een parameter wordt doorgaans uitgevoerd met een handheld meter (Figuur 1) voorzien van één of meerdere sensoren. Voor metingen die meer frequent moeten worden uitgevoerd, worden dataloggers of online sensoren ingezet.


Rekening houden met

  • Sensoren en meters hebben beheer en onderhoud nodig. Denk bij beheer en onderhoud aan technische controles en reiniging en kalibratie van sensoren. Dit blijkt in de praktijk lastiger te organiseren voor meters en sensoren die continu in het veld staan.
  • Houd bij de keuze voor een sensor rekening met het meetbereik, meetnauwkeurigheid, en detectielimiet. Bij continu opstellingen is drift ook een aandachtspunt. Drift is de afwijking in meetwaarde van de sensor over de tijd.



 


Figuur 1. Voorbeeld van een handheld meter (YSI Professional Plus Multiparameter)

Dataloggers


De meeste sensoren kunnen, via een meter, met een datalogger worden verbonden. Soms bevat de meter een ingebouwde datalogger. Op een datalogger kunnen één of meerdere datastromen (afkomstig van één of meerdere sensor) worden geregistreerd.
De meting van de parameter gebeurt continu. De meetwaarde wordt op een vooraf ingestelde frequentie (bijvoorbeeld om de 5 minuten) weggeschreven op het interne geheugen van de datalogger of op een geheugenkaartje. Na de meetperiode kunnen de gegevens worden uitgelezen en geanalyseerd.



Een meetopstelling met dataloggers (Figuur 2) wordt doorgaans op projectbasis ingezet. Aan het eind van de meetperiode wordt de opstelling verwijderd en de gegevens geanalyseerd.



Figuur 2. Voorbeeld van een datalogger (YSI datalogger).

 
Voordelen

  • Locatie onafhankelijk

 
Rekening houden met

  • Grootte opslaggeheugen data
  • Stroomvoorziening (accu, +zonnecellen, netstroom)
  • Gegevens zijn doorgaans niet direct beschikbaar
  • Diefstal en vandalisme

Online sensoren


Met online sensoren is het niet meer nodig om lokaal de meetwaarde af te lezen, maar worden de gegevens via het internet naar een centrale plek (server) gestuurd. De gegevens die op deze plek worden opgeslagen zijn doorgaans via het internet in te zien vanaf elke computer.
De meting van de parameter gebeurt continue. De meetwaarde wordt op een vooral ingestelde frequentie (bijvoorbeeld om de 5 minuten) doorgegeven aan de server. Doordat opslaggeheugen van servers doorgaans niet beperkend werkt, zal in de praktijk de meetwaarde meer-frequent worden weggeschreven dan bij dataloggers.
Dit continue inzicht maakt sturing op waterkwaliteit mogelijk in het oppervlakte- of afvalwatersysteem.
 
Voordelen

  • Gegevens zijn (bijna) direct beschikbaar
  • Continu inzicht in status van de sensor (bijvoorbeeld beschikbare accuduur)

 
Rekening houden met

  • Locatie moet 2.5G/3G/4G bereik hebben
  • Back-up voorziening bij verbindingsproblemen
  • Diefstal en vandalisme
  • Stroomvoorziening (accu, +zonnecellen, netstroom)
  • Kosten om installatie operationeel te houden


In 2015 heeft STOWA een rapport gepubliceerd waarin de ervaringen met online sensoren voor waterkwaliteit staan beschreven (zie Interessante literatuur onderaan de pagina). 
 

Passieve technieken

Passieve monitoring wordt al sinds de jaren 70 gebruikt om stofconcentraties te meten in lucht, bodem en water. Het resultaat is een gemiddelde concentratie van een stof over de tijd en/of de concentratie van de stof in equilibrium. Deze techniek van monitoring is doorgaans aanvullend op de analyse van steekmonsters. Daardoor komt er een meer integraal beeld van de stofconcentratie over de tijd en over de omgeving.

Passive sampling


Voor de monitoring van organische stoffer (zoals gewasbeschermingsmiddelen en geneesmiddelen in water wordt een sampler gedurende een bepaalde tijd in het water gehouden (Figuur 3). Gedurende deze tijd worden organische stoffen uit het water via diffusie door de sampler continu opgenomen. Aan het eind van de meetperiode wordt de sampler uit het medium gehaald. De stoffen worden in het laboratorium uit de sampler gehaald en geanalyseerd. Vervolgens worden de stofconcentraties bepaald op een kwantitatieve of kwalitatieve manier. Deze methode wordt ‘passive sampling' genoemd.
  

Een sampler bestaat uit absorberend materiaal (absorbent) met een grote affiniteit voor de organische stoffen. Bij de monitoring worden samplers bevestigd in een houder en in het water uitgehangen. Er zijn verschillende varianten samplers beschikbaar. De keuze voor de sampler is afhankelijk van het meetdoel, de te meten stoffen en gewenst meetresultaat (kwantitatief of kwalitatief). De verschillende varianten van samplers zijn verdeeld in twee typen, partitiesamplers en adsorptiesamplers. Bij partitiesamplers lost de te bemonsteren stof op in het absorbent. Deze samplers zijn vooral geschikt voor hydrofobe stoffen. Bij adsorptiesamplers gaan de te bemonsteren stoffer een oppervlakkige binding aan met de sampler en zijn vooral geschikt voor hydrofiele stoffen.
 
Voor een deel van de stoffen kan een kwalitatieve concentratie bepaald worden. Voor andere stoffen is een bepaling van een semi-kwantitatieve concentratie mogelijk waarbij een orde van grootte
van de concentratie wordt gegeven. Sommige stoffen kunnen enkel kwalitatief bepaald worden waarbij inzicht wordt verkregen of een stof wel of niet aanwezig is.
 
In 2014 heeft STOWA een rapport gepubliceerd waarin een uitgebreid overzicht van de praktische toepassing van passive samplers wordt gegeven, zoals wanneer deze techniek een meerwaarde biedt, en voor welke stoffen dit geldt (zie Interessante literatuur onderaan de pagina). Hierin is ook een stroomschema te vinden wanneer passive sampling technique gebruikt kan worden.
 
Voordelen
  • Geen momentopname
  • Lage stofconcentraties zijn beter meetbaar
  • Praktisch toepasbaar in het veld
  • Lagere detectielimieten dan steekmonsters
  • Samplers kunnen onder de juiste condities lang worden bewaard voor analyse
 
Rekening houden met
  • Alleen vrijopgeloste stoffen
  • Resultaten niet officieel te toetsen aan waterkwaliteitsnormen




Figuur 3. Voorbeeld van een passive sampling opstelling (Bron: www.eweb.org)

Solid Phase Extractie (SPE)

Een gerelateerde methode is de solid phase extractie (SPE). Hierbij wordt water over een sampler gestuurd. Er wordt onderscheid gemaakt tussen Groot Volume-Extractie, waar een groot volume van eerder bemonsterd water actief over een sampler wordt gepompt. Een variant hierop is de Sorbicell, waar er in een tweede compartiment het bemonsterde volume wordt bepaald en dus beter de concentratie kan worden berekend. Een Sorbicell wordt in het water gehangen, waar het water langs de sampler wordt gepompt. Met de Sorbicell wordt een gemiddelde stofconcentratie over de tijd bepaald.

 
Voordelen
  • Groot Volume-extractie: Goede monsteropwerkingstechniek
  • Groot Volume-extractie: Lagere detectielimieten dan steekmonsters
  • Sorbicell: Geen momentopname
 
Rekening houden met
  • Resultaten niet officieel te toetsen aan waterkwaliteitsnormen
  • Groot Volume-extractie: Groot volume nodig wat kan stuiten op praktische bezwaren
  • Sorbicell: Detectielimieten vergelijkbaar met steekmonster
  • Sorbicell: Beperkt opnamevolume
  • Sorbicell: Enkel hydrofiele stoffen
 

Interessante literatuur

  • de Weert J & Smedes F (2014) Overzicht toepassingsmogelijkheden van passive sampling. Rapport 2014-42, Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, Amersfoort.
  • Korving H (2015) Ervaringen met online sensoren voor waterkwaliteit in oppervlaktewater en riolering. Rapport 2015-W05, Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, Amersfoort.
  • van den Broeke J, Carpentier C, Moore C, Carswell L, Jonsson J, Sivil D, Rosen JS, Cade  L, Mofidi A, Schwartz C & Coomans N (2014) Compendium of sensors and monitors and their use in the global water industry. Water Environment Research Foundation, Alexandria.