Как кислород «высасывается» из наших водных ресурсов?

Прочитано: 68 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Так что же происходит, когда кислород « высасывается из воды »?

Это явление хорошо известно инженерам по качеству воды ; мы называем это « биохимическая потребность в кислороде ». Чтобы понять это, нам нужно поговорить о биологии и химии.

Когда кислород встречается с водой

Молекулы кислорода растворимы в воде так же, как сахар растворим в воде. Когда он растворяется, вы не видите его (и, в отличие от сахара, кислород безвкусен).

Максимальное количество кислорода, которое вы можете растворить в воде, зависит от ряда факторов, включая температуру воды, давление окружающего воздуха и соленость. Но, грубо говоря, максимальное количество растворимого кислорода, известное как «концентрация насыщения», обычно составляет около 7-10 мг кислорода на литр воды (7-10 мг / л).

Этот растворенный кислород — то, чем рыба дышит. Рыба впитывает воду через рот и проталкивает ее через жаберные проходы. Жабры, как и наши легкие, полны кровеносных сосудов. Когда вода проходит через тонкие стенки жабер, растворенный кислород переносится в кровь и затем транспортируется в клетки рыбы. Чем выше концентрация кислорода в воде, тем легче осуществить этот перенос.

Попав в клетки, молекулы кислорода играют ключевую роль в процессе «аэробного дыхания». Кислород вступает в реакцию с богатыми энергией органическими веществами, такими как сахара, углеводы и жиры, расщепляя их и высвобождая энергию для клеток. Основным продуктом отходов этого процесса является диоксид углерода (CO₂). Вот почему нам всем нужно вдыхать кислород, а мы выдыхаем углекислый газ. Рыба тоже так делает. Простой способ выразить это:

Органические вещества + Кислород → Углекислый газ + Вода + Энергия

Какова биохимическая потребность в кислороде?


Какова биохимическая потребность в кислороде?

Как и рыба и люди, многие бактерии получают энергию от процессов аэробного дыхания, согласно упрощенной химической реакции, показанной выше. Поэтому, если в водном пути есть органические вещества, бактерии, которые живут в этом водном пути, могут их потреблять. Это важный процесс «биодеградации», и именно поэтому наша планета не засорена трупами животных, которые умерли за многие тысячи лет. Но эта форма биодеградации также потребляет кислород, который поступает из растворенного кислорода в водном пути.

Реки могут пополнять свой кислород от контакта с воздухом. Однако это относительно медленный процесс, особенно если вода застаивается (течение создает турбулентность и смешивает больше кислорода). Поэтому, если присутствует много органического вещества и бактерии питаются им, концентрация кислорода в реке может внезапно упасть.

Очевидно, что «органические вещества» могут включать в себя много разных вещей, таких как сахара, жиры и белки. Некоторые молекулы содержат больше энергии, чем другие, а некоторые бактерии легче биодеградируют. Таким образом, количество аэробного дыхания, которое будет происходить, зависит от точной химической природы органических веществ, а также от их концентрации.

Поэтому, вместо того, чтобы ссылаться на концентрацию «органических веществ», мы чаще ссылаемся на то, что действительно имеет значение: сколько аэробного дыхания могут вызвать органические вещества и сколько кислорода это приведет к потреблению. Это то, что мы называем биохимической потребностью в кислороде (БПК), и мы обычно выражаем ее в виде концентрации в виде миллиграммов кислорода на литр воды (мг / л).

Как и мы, бактерии не потребляют всю доступную им пищу мгновенно — они со временем ее пасут. Поэтому биодеградация может занять несколько дней или дольше. Поэтому, когда мы измеряем БПК образца загрязненной воды, нам необходимо оценить, сколько кислорода потребляется (на литр воды) в течение определенного периода времени. Стандартный период времени обычно составляет пять дней, и мы называем это значение БПК5 (мг / л).

Как я упоминал ранее, чистая вода может иметь концентрацию растворенного кислорода только примерно до 7-10 мг / л. Таким образом, если мы добавим органический материал в концентрации, которая имеет более высокий БПК5, чем этот, мы можем ожидать, что он уменьшит концентрацию растворенного кислорода в окружающей среде в течение следующих пяти дней.

Это явление является основной причиной, по которой была изобретена биологическая очистка сточных вод. Неочищенные (неочищенные) муниципальные сточные воды могут иметь БПК5 в 300-500 мг / л. Если бы он был сброшен в чистый водный путь, потреблялся бы типичный базовый уровень 7-10 мг / л кислорода, и он не был бы доступен для рыб или других водных организмов.

Таким образом, целью биологической очистки сточных вод является выращивание большого количества бактерий в больших резервуарах сточных вод и обеспечение их обильным кислородом для аэробного дыхания. Для этого через сточные воды может барботироваться воздух, а иногда используются поверхностные аэраторы для сброса сточных вод.

Обеспечивая большое количество кислорода, мы гарантируем, что БПК5 эффективно потребляется, пока сточные воды еще находятся в резервуарах, прежде чем они попадут в окружающую среду. Хорошо очищенные сточные воды могут иметь БПК5 всего лишь 5 мг / л, который затем может быть разбавлен по мере сброса в окружающую среду.

В случае с рекой Дарлинг высокая нагрузка на БПК была вызвана водорослями, которые погибали при падении температуры. Это обеспечило пиршество для бактерий, снижающих уровень кислорода, что в свою очередь привело к гибели сотен тысяч рыб. Теперь, если мы не очистим реку, эти гниющие рыбы могут стать кормом для еще одного круга бактерий, что вызовет второй процесс удаления кислорода.

Как кислород «высасывается» из наших водных ресурсов?



Новости партнеров

Загрузка...