Hur är syre "sugas ut" av våra vattenvägar?

Anonim

En miljon fisk har dött i Murray Darling-bassängen, då syrehalten dämpas på grund av stora algblomningar. Experter har varnat för att vi kunde se fler massdöd i veckan.


Läs mer: Förklarare: Vad orsakar algblomningar, och hur vi kan stoppa dem


Fingrar har pekats på dålig vattenförvaltning efter en lång period av torka. Massfiskdöd kan dock också orsakas av översvämningar, och till och med råavlopp.

Så vad händer när syre sugs ut ur vattnet?

Fenomenet är mycket känt för vattenkvalitetsingenjörer; vi kallar det "biokemisk syreförbrukning". För att förstå det behöver vi prata om lite biologi och lite kemi.

När syre möter vatten

Oxygenmolekyler är lösliga i vatten på samma sätt som socker är lösligt i vatten. När det är löst, kan du inte se det (och till skillnad från socker är syre smaklös).

Den maximala mängd syre som du kan lösa upp i vatten beror på ett antal faktorer, inklusive vattentemperaturen, det omgivande lufttrycket och salthalten. Men i stort sett är den maximala mängden upplösligt syre, känd som "mättnadskoncentrationen", typiskt omkring 7-10 mg syre per liter vatten (7-10 mg / L).

Detta löst syre är vad fiskanvändning andas. Fisk tar in vatten genom munnen och tvingar det genom sina gillpassager. Gills, som våra lungor, är fulla av blodkärl. När vattnet passerar över gyllans tunna väggar överförs upplöst syre till blodet och transporteras sedan till fiskens celler. Ju högre syrekoncentration i vattnet desto lättare är det för denna överföring att inträffa.

En gång i cellerna spelar syremolekylerna en nyckelroll i processen med "aerob andning". Syre reagerar med energirika organiska ämnen, som sockerarter, kolhydrater och fetter för att bryta ner dem och släppa energi för cellerna. Huvudavfallet från denna process är koldioxid (CO₂). Det är därför vi alla behöver andas in syre och vi andas ut koldioxid. Fisk gör det också. Ett enkelt sätt att uttrycka detta är:

Organiska ämnen + Syre Koldioxid + Vatten + Energi

Vad är det biokemiska syrebehovet?

Precis som fisk och människor, får många bakterier energi från processer med aerob andning, enligt den förenklade kemiska reaktionen som visas ovan. Därför, om det finns organiska ämnen i en vattenväg, kan de bakterier som bor i den vattenvägar konsumera dem. Detta är en viktig process av "biologisk nedbrytning" och det är anledningen till att vår planet inte krossas av slaktkroppar av djur som har dött under tusentals år. Men denna form av biologisk nedbrytning förbrukar också syre, som kommer från upplöst syre i vattenvägarna.

Floder kan fylla deras syre från kontakt med luften. Men det här är en relativt långsam process, särskilt om vattnet är stillastående (flytande skapar turbulens och blandar i mer syre). Så om det finns mycket organiskt ämne närvarande och bakterier fester på det, kan syrekoncentrationer i floden plötsligt falla.

Självklart kan "organiska ämnen" innefatta många olika saker, såsom sockerarter, fetter och proteiner. Vissa molekyler innehåller mer energi än andra, och vissa är enklare för bakterierna att bionedbrytas. Så mängden aerob andning som kommer att uppstå beror på de organiska ämnenas exakta kemiska natur samt deras koncentration.

I stället för att referera till koncentrationen av "organiska ämnen" hänvisar vi därför mer till det som verkligen betyder: hur mycket aerobt andning som organiska ämnen kan utlösa och hur mycket syre det kommer att leda till att konsumeras. Det här kallas det biokemiska syrgasbehovet (BOD) och vi brukar uttrycka det som en koncentration i form av milligram syre per liter vatten (mg / L).

Liksom oss förbrukar bakterier inte all mat som är tillgänglig för dem direkt - de betar på det över tiden. Bionedbrytning kan därför ta dagar eller längre. Så när vi mäter BOD av ett förorenat vattenprov måste vi bedöma hur mycket syre konsumeras (per liter vatten) under en viss tidsperiod. Standardperioden är vanligtvis fem dagar och vi hänvisar till detta värde som BOD5 (mg / L).

Som jag nämnde tidigare kan rent vatten endast ha en koncentration av upplöst syre upp till 7-10 mg / L. Så om vi lägger till organiskt material i en koncentration som har en högre BOD5 än detta, kan vi förvänta oss att det tömmer den omgivande koncentrationen av löst syre under de kommande fem dagarna.


Läs mer: Fler av oss dricker återvunnet avloppsvatten än de flesta inser


Detta fenomen är den främsta orsaken till vilken biologisk avloppsrening har uppfunnits. Rå (obehandlat) kommunalt avloppsvatten kan ha en BOD5 på 300-500 mg / L. Om detta släpptes ut på en ren vattenväg, skulle den typiska basnivån på 7-10 mg / liter syre konsumeras, vilket inte lämnar någon tillgänglig för fisk eller andra vattenlevande organismer.

Således är syftet med biologisk avloppsbehandling att växa mycket bakterier i stora tankar av avloppsvatten och ge dem gott om syre för aerob andning. För att göra detta kan luften bubblas genom avloppsvattnet, eller ibland används ytvattenberedare för att rinna upp avloppet.

Genom att försörja mycket syre säkerställer vi att BOD5 effektivt konsumeras medan avloppet fortfarande finns i tankarna innan det släpps ut till miljön. Behandlat avloppsvatten kan ha en BOD5 så låg som 5 mg / L, som sedan kan spädas ytterligare eftersom det släpps ut till miljön.

När det gäller Darlingfloden skapades den höga BOD-belastningen av alger, som dog när temperaturen sjönk. Detta gav en fest för bakterier, sänkning av syre, som i sin tur dödade hundratusentals fiskar. Nu, om vi inte rensar floden, skulle de ruttna fisken kunna bli foder till en annan bakterieomgång som utlöser en andra deoxideringshändelse.