Διαλυμένο οξυγόνο ( Dissolved oxygen- DO)

   Η πιο σημαντική παράμετρος ποιότητας μιας υδατικής μάζας.

Το περισσότερο οξυγόνο προέρχεται από την ατμόσφαιρα (20.95% κ.ο.) σχετικά μικρή ποσότητα προέρχεται από τη φωτοσυνθετική δράση αλγών.

1

Γενικά, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό εξαρτάται από:     α) Τη θερμοκρασία . Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του νερού, τόσο μικρότερη είναι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο.

β) Την ποσότητα της οργανικής ύλης , η οποία αποσυντίθεται στο νερό.

γ) Την παρουσία ή απουσία φυτών (μικροσκοπικών και μακροσκοπικών), τα οποία μπορούν να κάνουν φωτοσύνθεση .

δ) Το βαθμό της διείσδυσης του φωτός , που εξαρτάται από το βάθος.

2

Διαλυτότητα του οξυγόνου



Η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται από:

1)

τη

μερική πίεση

ατμόσφαιρα, του οξυγόνου στην

2) 3)

τη

θερμοκρασία

του νερού, και την

περιεκτικότητα του νερού σε άλατα

.

3

Ο Νόμος του Henry

   Η διαλυτότητα των αερίων με μικρή διαλυτότητα καθορίζεται ικανοποιητικά από το Νόμο του Henry ο οποίος εφαρμόζεται στη χημική ισορροπία:

X(g)



X(aq) Η διαλυτότητα (S) ενός αερίου σε κατάσταση ισορροπίας, είναι για κάθε θερμοκρασία ανάλογη προς τη μερική πίεση

(αν πρόκειται για μίγμα αερίων)

του αερίου υπεράνω του υγρού.

Η μαθηματική έκφραση του Νόμου του Henry είναι: 

[X(aq)] = K H P x

όπου: [X(aq )] = η συγκέντρωση του διαλυμένου αερίου (σε moles/liter ) P K x H = η μερική πίεση του αερίου (atm) = η σταθερά του Νόμου του Henry για ένα ορισμένο αέριο σε καθορισμένη θερμοκρασία (mol x L -1 x atm -1 )

4

Πίνακας 2.2

Διαλυτότητα οξυγόνου σε φυσικά νερά σε επαφή με την ατμόσφαιρα (1 atm) σε διάφορες θερμοκρασίες και διάφορες τιμές χλωριότητας, Cl 0 / 00 T o C Cl%o 0 5 10 O 2 ppm 15 20 25 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

30.0

32.0

34.0

36.0

38.0

40.0

45.0

50.0

14.62

13.83

13.11

12.45

11.84

11.29

10.48

10.31

9.87

9.47

9.09

8.74

8.42

8.11

7.83

7.56

7.31

7.07

6.84

6.62

6.41

5.93

5.48

13.73

13.00

12.34

11.73

11.17

10.66

10.18

9.75

9.54

8.97

8.62

8.30

7.99

7.71

7.44

7.19

6.96

6.73

6.52

6.32

6.12

5.67

5.24

12.89

12.22

11.61

11.05

10.53

10.06

9.62

9.22

9.03

8.50

8.17

7.87

7.59

7.33

7.08

6.85

6.62

6.42

6.22

6.03

5.84

5.41

5.02

12.10

11.48

10.92

10.40

9.93

9.49

9.09

8.72

8.54

8.05

7.75

7.47

7.21

6.96

6.73

6.51

6.31

6.11

5.93

5.75

5.58

5.17

4.80

11.35

10.79

10.27

9.80

9.36

8.96

8.59

8.24

8.08

7.62

7.35

7.09

6.84

6.62

6.40

6.20

6.01

5.82

5.56

5.48

5.32

4.94

4.59

10.66

10.14

9.66

9.23

8.83

8.45

8.11

7.79

7.64

7.22

6.96

6.72

6.50

6.29

6.09

5.90

5.72

5.55

5.31

5.23

5.08

4.72

4.39

5

Διεργασίες που καταναλώνουν οξυγόνο T α αστικά λύματα περιέχουν σημαντικές ποσότητες οργανικού φορτίου και η μη αποτελεσματική επεξεργασία οδηγεί σε αύξηση των συγκεντρώσεων οργανικού C, N, P:  Το διαλυμένο οξυγόνο καταναλώνεται για την αποδόμηση οργανικής ύλης βιολογικής προέλευσης.

  Το οργανικό άζωτο μετατρέπεται σε αμμωνιακά ιόντα τα οποία είναι άμεσα διαθέσιμα για νιτροποίηση (μετατροπή σε νιτρικά).

Το άζωτο και ο φώσφορος που περιέχονται στα λύματα, ( θρεπτικά συστατικά) ενεργοποιούν την παραγωγή νέας ζωντανής οργανικής ύλης η οποία μετά την ολοκλήρωση του κύκλου ζωής της αποσυντίθεται καταναλώνοντας διαλυμένο οξυγόνο.

6

Ρύπανση του νερού με οργανικές ενώσεις

   Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός οργανικών ενώσεων (είτε από φυσικές πηγές είτε από ανθρωπογενείς δραστηριότητες) στα ύδατα (και τα απόβλητα). Η διοχέτευσή τους στους φυσικούς αποδέκτες προκαλεί σημαντικά προβλήματα ρύπανσης, αφού δεσμεύουν το οξυγόνο και δημιουργούν ανοξικές συνθήκες.

Διακρίνονται σε βιοαποδομήσιμες και μη Ο ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός κάθε οργανικής ένωσης ξεχωριστά είναι ιδιαίτερα δύσκολος και δαπανηρός, λόγω της ύπαρξης μεγάλου αριθμού οργανικών συστατικών, έτσι η εκτίμηση της έκτασης και του είδους της οργανικής ρύπανσης σχετίζεται με τον προσδιορισμό των εξής παραμέτρων:

7

Οργανικές ενώσεις (οργανικό φορτίο)

   Οι φυσικές οργανικές ενώσεις προέρχονται από διαδικασία αποδόμησης φυτικών και ζωικών οργανισμών (χουμικά φουλβικά οξέα, πρωτείνες, υδατάνθρακες, λίπη, αμινοξέα κλπ.) Οι οργανικές ενώσεις ανθρωπογενούς προέλευσης (από διοχέτευση αστικών αποβλήτων, γεωργικές, βιομηχανικές δραστηριότητες κλπ.) περιλαμβάνουν: απορρυπαντικά, αλογονομένες οργανικές ενώσεις, φαινόλες, παρασιτοκτόνα, διαλύτες, κ.α.

Η συγκέντρωση της συνολικής ποσότητας οργανικών ουσιών στο νερό συσχετίζεται με ορισμένους δείκτες

8

Οργανικές ενώσεις (οργανικό φορτίο)

2.

3.

4.

1.

η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου (

DO

) *

(αναφέρθηκε στις φυσικοχημικές παραμέτρους)

το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (

BOD

) το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (

COD

) ο ολικός οργανικός άνθρακας (

TOC

)

9

     

Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο Biological Oxygen Demand BOD 5

Προσδιορίζει ουσιών που έμμεσα μικροοργανισμούς τη μπορούν συγκέντρωση να οργανικών αποδομηθούν από Η μονάδα BOD 5 αντιπροσωπεύει το ποσό του O βρίσκονται στο νερό, χωρίς φως, στους 20 o C.

2 που χρειάζονται διάφοροι μικροοργανισμοί σε διάρκεια 5 ημερών για να οξειδώσουν τις οργανικές ουσίες που Η μονάδα BOD 5 , είναι μια συμβατική μονάδα Οι αζωτούχες ενώσεις αρχίζουν να αποικοδομούνται περίπου 10 ημέρες μετά την έναρξη της αποδόμησης ανθρακούχων ενώσεων.

Σε 5 ημέρες το 96-99 % (BOD ult ).

οξειδώνεται το 60-75% του βιοαποδομήσιμου οργανικού φορτίου ενώ σε 20 ημέρες Επιλέγοντας το χρόνο 5 ημερών παρέχεται μια ενδεικτική μονάδα για την ποιότητα νερού.

10

BOD και BOD ult Καμπύλη μέτρησης BOD και BOD ult

11

Χαρακτηριστικές τιμές BOD

Νερό καθαρό Νερό που έχει ρυπανθεί Αστικά λύματα Βιομηχανικά απόβλητα Επιτρεπτά όρια απόρριψης σε ρέματα Επιτρεπτά όρια απόρριψης σε υπονόμους < 1 >10 100-600 300-10.000

40 500 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

12

ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ BOD 5

προσδιορίζεται με διάφορες μεθόδους:  Ηλεκτροχημική   Βαρομετρική Μέθοδος αραίωσης Για σωστές μετρήσεις απαιτείται προσοχή  Η μικροβιακή αποδόμηση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες (είδος και αριθμό μικροοργανισμών, οξυγόνο, θερμοκρασία, θρεπτικά)  Παρουσία τοξικών ενώσεων μικροοργανισμών- BOD μδενικό εμποδίζει δράση

13

Προσδιορισμός BOD 5 – Μέθοδος αραίωσης    το δείγμα αραιώνεται εμπλουτισμένο με οξυγόνο (ανάλογα με το βαθμό ρύπανσης), μετράται το διαλυμένο οξυγόνο (15’), επωάζεται για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα (για 5 ημέρες στους 20 σχέση: ο C) με αποσταγμένο νερό και ξαναμετράται το διαλυμένο οξυγόνο. Ο υπολογισμός του BOD γίνεται με βάση τη BOD 5 = Διαλυμένο Οξυγόνο (mg/L)/ Συντελεστής Αραίωσης = D Ο αρχ .-D Ο τελ ./ Συντελεστής Αραίωσης όπου ο συντελεστής αραίωσης = Όγκος Δείγματος / Όγκο Δείγματος + Όγκο Νερού Αραίωσης

14

Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) Chemical Oxygen Demand

  Το COD προσδιορίζει έμμεσα το συνολικό οργανικό φορτίο (αποδομήσιμο και μη) στα νερά ή απόβλητα.

Το COD αντιπροσωπεύει την ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την χημική οξείδωση όλων των οργανικών ουσιών προς CO θερμοκρασία.

2 , με ισχυρό οξειδωτικό (διχρωμικό κάλιο) σε όξινο περιβάλλον και υψηλή

Οργανική ύλη

+ Cr 2 O 7 -2 + H + Ag 2 SO 4

-----

► θερμότητα CO 2 + H 2 O + 2Cr 3+ (

δεν οξειδώνονται αρωματικοί υδρογονάνθρακες (βενζόλιο, τολουόλιο) , ορισμένα απορρυπαντικά, χλωριωμένα παράγωγα, πυριδίνη)

15

Οξειδωσιμότητα

(υπερμαγγανική τιμή PV)

  χημική οξείδωση σε πιο ήπιες συνθήκες από αυτές του COD βάσει του προσδιορισμού αυτού προβλέπεται η αναμενόμενη τιμή ΒΟD 5 . Έτσι, προσδιορίζεται η κατάλληλη αραίωση του δείγματος για τον προσδιορισμό του ΒOD.  Για οικιακά λύματα η οξειδωτική ικανότητα του KMnO 4 αντιστοιχεί περίπου στο 1/3 του BΟD, δηλαδή ΒΟD 5 =3xPV

16

Ολικός Οργανικός Άνθρακας (TOC) Total Organic Carbon

   i.

ii.

iii.

 Εκφράζει την ολική φόρτιση των νερών σε οργανικές ενώσεις (σε mg C /L νερού) Μετράται η ποσότητα CO 2 που παράγεται από την οξείδωση των ανθρακούχων ουσιών.Ο προσδιορισμός TOC γίνεται με ειδικά όργανα (TOC analyzers) -καταλυτική καύση με Ο 2 στους 950 ο C, ή οξείδωση με υπερθειικό νάτριο.

προσδιορίζει: τη ποσότητα άνθρακα που οφείλεται σε διαλυμένες οργανικές ενώσεις τη ποσότητα άνθρακα των οργανικών ενώσεων που βρίσκονται στα αιωρούμενα σωματίδια τον ανόργανο άνθρακα (διαλυμένο CO προσδιορισμός TOC βρασμό του δείγματος.

προϋποθέτει 2 , HCO την εκ 3 , CO των 3 -2 ).

Έτσι, ο προτέρων απομάκρυνση όλου του ανόργανου άνθρακα, με οξύνιση και Το παραγόμενο CO 2 προσδιορίζεται αυτόματα με φασματοφωτόμετρο υπερύθρου, IR.

17

   

Αξιολόγηση μετρήσεων BOD

5

, COD, TOC

εξάγονται χρήσιμες πληροφορίες για τις κατηγορίες οργανικών ενώσεων στα νερά.

οργανικών ενώσεων που δεν (π.χ. μικρές τιμές COD, σε σύγκριση με τις τιμές TOC δείχνουν την παρουσία οξειδώνονται, όπως απορρυπαντικά, βενζόλιο, κα.) COD > BOD Ο λόγος BΟD/COD έχει μέγιστη τιμή = 1 και αφορά στις περιπτώσεις που το σύνολο του οργανικού φορτίου είναι βιοαποδομήσιμο. Τιμές του λόγου αυτού πλησίον της μονάδας δείχνουν ότι το απόβλητο μπορεί να υποστεί με επιτυχία βιολογική επεξεργασία) Για το COD όπως και το BΟD έχουν τεθεί ανώτατες επιτρεπτές τιμές για να διοχετευτούν λύματα ή απόβλητα σε υδάτινους αποδέκτες

18

Οργανικές ενώσεις

  Υπάρχουν και οργανικά συστατικά στα νερά και τα απόβλητα των οποίων οι συγκεντρώσεις προσδιορίζονται μεμονωμένα όπως οι φαινόλες, λίπη έλαια, απορρυπαντικά, παρασιτοκτόνα κ.α.

Η μέτρηση συγκεντρώσεων διαφόρων οργανικών ενώσεων στο νερό γίνεται εκχύλιση, αέρια χρωματογραφία με τη βοήθεια εξειδικευμένων αναλυτικών τεχνικών (διαχωρισμός με

19