Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 1 SIB 5005 BM3 Miljøteknikk Vannforurensing Helge Brattebø.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 1 SIB 5005 BM3 Miljøteknikk Vannforurensing Helge Brattebø."— Utskrift av presentasjonen:

1 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 1 SIB 5005 BM3 Miljøteknikk Vannforurensing Helge Brattebø

2 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 2 Rent vann en menneskerettighet?

3 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 3 Vann som ressurs Vann er en nødvendighet for alt levende liv 75% av jorden er dekket med vann, men mye av de kystnære vannmasser er betydelig forurenset Viktigst er likevel ferskvannsressursene, for bruk til irrigasjon, landbruk og drikkevann ~ 2,2 milliard mennesker i U-land mangler tilgang på akseptabelt drikkevann, derav 40% i urbane strøk (raskt voksende) ~ 2,7 milliard mennesker i U-land mangler forsvarlige sanitære løsninger Regionale konflikter rundt store vassdrag tiltar Punktutslipp kan erfaringsmessig håndteres, men de mange diffuse utslippskilder fra landbruk og byer er vanskeligere

4 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 4 Vannmolekylets egenskaper Molekylets ”dipolare” karakter: –sterke kjemiske bindinger gir høyt kokepunkt og høy fordampningsvarme –høy overflatespenning, kapillær aksjon og evne til å feste til andre flater –meget gode oppløsningsegenskaper Vannets tetthet maks. ved 4 o C Eneste stoff som finnes både i fast form, væskeform og gassform i naturen i normale temperaturer Høyere varmekapasitet ( 4184 J/kg o C) enn noen annen væske unntatt NH 3 Vanndamp er den viktigste drivhusgassen i atmosfæren

5 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 5 Det hydrologiske kretsløpet Hav: ~ 96,5 % av vannvolumet Is og snø: 1,74 % Grunnvann: 1,7 % Ferskvann-sjøer: 0,007 % Ca 10 % av avrenning benyttes til menneskelig aktivitet

6 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 6 Forurensninger i vann Patogener (sykdomsfremkallende stoffer) –bakterier (eks. dysenteri, kolera, tyfus feber); virus (eks. poliomyelitt, hepatitt); protozoer (eks. giardiasis), parasitter –sykdommer kan være vannbårne (mat/drikke), vannvaskede (mangel på vann for renhold), vannbaserte (annen kontakt uten munninntak) eller vannrelaterte (vann som habitat) –patogener flest har kort overlevelse i naturen, men ikke alltid (eks. protozoen Giardia lamblia cyster overlever i månedsvis og drepes heller ikke lett ved klorering) Oksygenforbrukende stoffer - biologisk eller kjemisk nedbrytbart (dvs. oksyderbart i resipienten) Næringsstoffer (N, P, C, S, Ca, K, Mn, …) som kan gi stor algevekst og deretter dårlig vannkvalitet Salter, tungmetaller, pesticider, flyktige organiske forbindelser, og termisk vannforurensing

7 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 7 Biologisk oksygenforbruk (BOD) Mikroorganismer bryter ned organisk materiale i vann til sluttprodukter som CO 2, SO 4, PO 4 og NO 3 Aerob nedbrytning (tilgang på oksygen): Org. stoff + O 2 => CO 2 + H nye celler + stabile produkter (NO 3, PO 4, SO 4,…) Anaerob nedbrytning (fravær av oksygen): Org. stoff => CO 2 + H 2 = + nye celler + ustabile produkter (H 2 S, NH 3, CH 4,…) Dette oksygenforbruket skyldes nedbrytningen av karbon-materiale (C) og kalles derfor CBOD Oksygenforbruk kan også skyldes omsetning av nitrogen (N) og kalles derfor NBOD

8 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 8 Biologisk oksygenforbruk i en lab-test BOD er et mål for innholdet av organisk stoff som kan oksyderes av mikroorganismer, og dermed gi et forbruk av oksygen (O 2 ) i en resipient.

9 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 9 Organisk stoff innholdet over tid Det tar flere dager å oksidere det organiske stoffet, noe som også fører til fallende konsentrasjon i vannet

10 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 10 BOD som en 1. ordens reaksjon Nedbrytningshastigheten avhengig av gjenværende mengde organisk stoff i prøveflasken etter tiden t (L t ): dL t / dt = -k L t som videre gir: L t = L 0 e -kt der L 0 er utgangsmengden (eller det endelige O 2 - forbruk) L 0 = BOD t + L t (dvs. BOD etter tiden t pluss gjenværende mengde) som gir: BOD t = L 0 (1- e -kt ) Bionedbrytningskoeffisienten (k) er temp.avhengig: k T = k 20  ( T-20 ) (Arrhenius’ formel), der  = 1,047 k T = 0,35 - 0,70 (dag -1 ) for råkloakk k T = 0,12 - 0,23 (dag -1 ) for forurenset elvevann

11 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 11 Idealisert BOD-forløp (1. ordens reaksj.)

12 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 12 Ideelt BOD-forløp forts.:

13 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 13 Nitrogen-omsetning i vannmassene Organisk N hydrolyseres først ned til ammonium (NH 3 /NH 4 + ) som dernest oksideres videre til nitritt (NO 2 - ) og nitrat (NO 3 - ): –bakterien nitrosomonas: 2NH 3 + 3O 2 => 2NO H + + 2H 2 O –bakterien nitrobakter: –2NO O 2 => 2NO 3 - Dette kalles nitrifikasjon, og bidrar altså til oksygenforbruk i vannmassene Nitrat kan videre omdannes til N 2 -gass under anaerobe forhold

14 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 14 Totalt BOD-forbruk (C + N)

15 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 15 Punktkilde, strømning og O 2 i en elv

16 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 16 Deoksygenering (reduksjon av O 2 -kons.) Konsentrasjonen av oppløst oksygen (DO) er den vanligste indikator på en elvs helsetilstand Problemene begynner oftest ved DO < 4-5 mg/l I ekstreme situasjoner kan anaerobe forhold inntreffe og de fleste naturlige livsformer i elven forsvinner i en viss strekning nedstrøms utslippspunktet I en forenklet modell kan man si at det er to prosesser som virker: –a) mikroorganismer forbruker oksygen når C og N oksyderes, og –b) vannets egenlufting tilfører oksygen til vannmassene Oksygen-konsentrasjonen blir da avhengig av BOD- konsentrasjonen, nedbrytningshastigheten, luftings-hastigheten og tiden (eller avstand fra utslippet)

17 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 17 Deoksygenering i elven matematisk Deoksygeneringshastigheten (1. orden) = k d L t –k d = deoksygenerings hastighetskonstanten, som avhenger av det organiske stoffets bionedbrytbarhet og elvens strømningsforhold (eksempelvis: 0,2/dag) –L t = gjenværende BOD (mg/l) konsentrasjon etter t (dager) Bruker ligningen L t = L 0 e -kt, som gir: k d L t = k d L 0 e -kdt, der L 0 er BOD i elven like etter utslipp Antar umiddelbar og fullstendig blanding, som gir: L 0 = (Q w L w + Q r L r ) / (Q w + Q r ), der L w er BOD i avløpsutslippet

18 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 18 Oksygentilførsel ved lufting Luftingshastigheten (1. orden) = k r D = k r (DO s -DO) –k r = luftingskonstanten (dag -1 ) som avhenger mye av elven –D = oksygendeficit = metningskonsentrasjon - reell kons. av O 2 Empirisk funnet: k r = (3,9 u 1/2 )/H 3/2 –k r = luftingskonstanten ved 20 o C (dag -1 ) = eks.: 0,46-0,69 for en stor elv og normale strømningshastigheter –u = midlere strømningshastighet (m/s) –H = midlere strømningsdybde (m) D 0 = DQ s - (Q w DO w + Q r DO r )/(Q w + Q r ) –D 0 = vektet oksygendeficit etter blanding ved utslippspunktet

19 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 19 Deoksygenering og lufting kombinert I en elv virker de to prosessene samtidig, og de virker mot hverandre Samlet sett blir oksygen-endringen følgende: dD/dt = k d L 0 e -kdt - k r D, som har løsningen: D = (k d L 0 /(k r -k d ))*(e -kdt - e -krt ) + D 0 e -krt, eller omskrevet: DO = DO s - [(k d L 0 /(k r -k d )*(e -kdt - e -krt ) + D 0 e -krt ] DO s hentes fra tabeller (ved en gitt T og saltholdighet) Dette uttrykket gir grunnlaget for å plotte DO = fn(t) som vil gi en kurve over oksygenkonsentrasjonen i elven som funksjon av tid eller avstand fra utslippet

20 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 20 Oksygensvikt i en elv nedstrøms kilden Oksygen forbrukes på strekningen x=0 til x c men vil deretter øke igjen p.g.a. lufting i vannmassene

21 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 21 Algevekst og næringsstoff behov Algefotosyntese kan baseres på følgende formel: 106 CO NO 3- + HPO H 2 O + 18 H + = C 106 H 263 O 110 N 16 P O 2 –Forbruker altså støkiometriske mengder N og P N/P = (16*14)/(1*31) = 7,2 (der 14 og 31 er molvekt for N og H) –Ferskvann: Forholdet N/P ~ 10, dvs. er oftest P-begrenset –Sjøvann: Forholdet N/P < 5, dvs. er oftest N-begrenset Eutrofieringssituasjonen kan dermed kontrolleres ved å redusere utslippet av det begrensende næringsstoff –Ferskvann: Fjern fosfor fra avløpsutslippene! –Sjøvann:Fjern nitrogen fra avløpsutslippene!

22 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 22 Fosfor-balansen i en godt blandet innsjø v s er empirisk bestemt til rundt m/år (dvs. partikulært bundet fosfor) QC in + S=QC + v s AC som gir: C = (QC in + S) / (Q + v s A)

23 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 23 Vannets tetthet og temperatur-endring Vannets relative tetthet (kg/m 3 ) er høyest ved +4 o C Tetthets-variasjoner i en innsjø/fjord gir merkbare vannstrømmer, men fører også til at temperaturen i dyp-lagene er forholdsvis stabil.

24 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 24 Temperatur-endringer og lagdeling Temperaturens variasjoner over året gir en sterk lagdeling av innsjøer, spesielt om sommeren Sprangskiktet (”thermocline”) kan utnyttes ved å legge drikkevannsinntak i dyp-lagene, eller ved dyputslipp under sprangskiktet i fjorder for å få en innlagring av kloakkutslipp under overflatelaget.

25 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 25 Oksygenforhold i lagdelte sjøer I eutrofe sjøer forbrukes oksygenet i dyp-lagene fordi organisk materiale (døde alger) brytes ned. Situasjonen forværres utover sommeren. Dette kan gi vond lukt og smak på vannet, og skade flora/fauna i sjøen. I oligotrofe sjøer er dette ikke noe problem.

26 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 26 Alkalitet gir buffer-effekt mot pH-fall Sur nedbør gir sure vannmasser fordi H 2 SO 4 frigir ioner av H +, men denne effekten motvirkes når det er bikarbonat (HCO 3 - ) tilstede i vannet.

27 SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 27 Fiskebestand i norske innsjøer Godt buffrede sjøer (pH>6) har rik fiskebestand Sure sjøer (pH<5) har svært lite fisk Tiltak mot sure sjøer er kalking av sjø og vassdrag, foruten reduksjon av utslipp til luft (langtransportert)


Laste ned ppt "SIB5005 BM3 - Miljøteknikk: “Vannforurensing”Helge Brattebø., Institutt for vassbygging, NTNU 1 SIB 5005 BM3 Miljøteknikk Vannforurensing Helge Brattebø."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google