1 / 56

BM2 Miljøteknikk

BM2 Miljøteknikk. VANNRESSURSER OG VANNFORURENSNING. Foreleser : Prof. Hallvard Ødegaard Institutt for vassbygging. Forelesning 2: VANNKVALITET OG VANNFORURENSNING. VANNKVALITETSPARAMETRE. FYSISKE - Temp., tetthet, viskositet etc - Partikkelinnhold - turbiditet, suspendert stoff etc

amalia
Download Presentation

BM2 Miljøteknikk

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. BM2 Miljøteknikk VANNRESSURSER OG VANNFORURENSNING Foreleser : Prof. Hallvard Ødegaard Institutt for vassbygging Forelesning 2: VANNKVALITET OG VANNFORURENSNING Prof. Hallvard Ødegaard

  2. VANNKVALITETSPARAMETRE • FYSISKE • - Temp., tetthet, viskositet etc • - Partikkelinnhold - turbiditet, suspendert stoff etc • Sensoriske - Farge, lukt, smak etc • KJEMISKE • - Organisk stoff – Eks: TOC, COD(KOF), BOD(BOF7) etc • - Næringsstoffer – Eks: Fosfor, nitrogen etc • - Salter – Eks: Nitrat, sulfat, klorid etc • - Metaller – Eks: Kobber, sink, kadmium, kvikksølv etc • Organiske miljøgifter – Eks: PCB, DDT, PAH etc • MIKROBIOLOGISKE/HYGIENISKE • - Bakterieinnhold - Kimtall, Coli, E-coli, Clostridier etc Prof. Hallvard Ødegaard

  3. KLASSIFISERING AV VANNKVALITET I fjorder og kystfarvann I FERSKVANN Prof. Hallvard Ødegaard

  4. KLASSIFISERING AV TILSTAND – FERSKVANN • Ut fra tilstand er • det så laget tilsvarende • skjema for egnethet til: • Drikkevann • Jordvanning • Friluftsbad og rekreasjon • Fiskeoppdrett • Sportsfiske Prof. Hallvard Ødegaard

  5. KLASSIFISERING AV EGNETHET – RÅVANN FOR DRIKKEVANN Lysblå : Godt egnet Grønn : Egnet Oransje: Mindre egnet Rød : Ikke egnet Prof. Hallvard Ødegaard

  6. BESTEMMELSE AV FORURENSNINGSGRAD Forurensningsgraden bestemmes som forholdet mellom vannets tilstand og forventet naturtilstand. I tabellene er klasseinndelingen for noen parametre angitt Prof. Hallvard Ødegaard

  7. DET BIOLOGISKE KRETSLØP I EN VANNFOREKOMST • Et funksjonsdyktig • organismesamfunn • består av tre hovedgrupper • Primærprodusentene • (alger og høyere planter) • Konsumentene • (protozoer, mark, larver, • krepsdyr, snegl, fisk og • varmblodige dyr) • Nedbrytere • (bakterier og sopp) Pilene angir material transporten mellom komponentene. Solenergien driver systemet Prof. Hallvard Ødegaard

  8. ORGANISMELIVET I EN VANNFOREKOMST Primærprodusentene (alger og høyere planter) produserer organiske stoffer fra uorganiske forbindelser med sollys som energikilde. Konsumentene (protozoer, mark, larver, krepsdyr, snegl, fisk og varmblodige dyr) omsetter de organiske stoffene videre i næringskjeden. Nedbryterne (bakterier og sopp) sørger for at uorganske forbindelser igjen blir tilgjengelige for primærprodusentene Prof. Hallvard Ødegaard

  9. ULIKE TYPER AV ORGANISMER I EN VANNFOREKOMST Prof. Hallvard Ødegaard

  10. VANNKVALITETSENDRINGER SOM FØLGE AV FORURENSNING • Sapprobiering • Skyldes overbelastning av organisk stoff • Eutrofiering • Skyldes overbelastning av næringsstoffer • Forsuring • Skyldes sur nedbør og lav bufferkapasitet i grunnen • Forgiftning • Skyldes overbelastning av miljøgifter • Hygienisk kontaminering • Skyldes forurensning av sykdomsfremkallende mikroorg. Prof. Hallvard Ødegaard

  11. SAPPROBIERING Overvekst av bakterier sfa for stor tilførsel av organisk stoff Lange bakteriegrupper, f. eks lammehaler (Sphaerotilus natans) dekker hele bunnen Dominerende sopptyper: Fusarium aqueductum, Geotrichium candidum, Leptomitus lacteus Aerobe organismer bruker organisk stoff til sin vekst under forbruk av oksygen: BOD (Org. Stoff) + O2 bakterierCO2 + H2O Om alt oksygen forbrukes får vi anaerobe (råtne) forhold med dannelse av CH4 og H2S (lukt) Prof. Hallvard Ødegaard

  12. Biologisk oksygenforbruk (BOD) • Mikroorganismer bryter ned organisk materiale i vann til sluttprodukter som CO2, SO4, PO4 og NO3 • Aerob nedbrytning (tilgang på oksygen): • Org. stoff + O2 => CO2 + H20 + nye celler + stabile produkter (NO3, PO4, SO4,…) • Anaerob nedbrytning (fravær av oksygen): • Org. stoff => CO2 + H2O + nye celler + ustabile produkter (H2S, NH3, CH4,…) • Dette oksygenforbruket skyldes nedbrytningen av karbon-materiale (C) og kalles derfor CBOD • Oksygenforbruk kan også skyldes omsetning av nitrogen (N) • og kalles derfor NBOD Prof. Hallvard Ødegaard

  13. BIOLOGISK OKSYGENFORBRUK I EN LAB-TEST BOD er et mål for mengden av organisk stoff som kan brytes ned aerobt (oksyderes) av mikroorganismer. Parameteren gir dermed uttrykk for hvor stort O2- forbruket blir i en resipient. Prof. Hallvard Ødegaard

  14. BOD - FORLØPET • Nedbrytningshastigheten avhengig av • gjenværende mengde organisk stoff i • prøveflasken etter tiden t (Lt): • dLt / dt = -k Lt som videre gir: • Lt = L0 e -kt der L0 er utgangsmengden • (eller det endelige O2-forbruk) • L0 = BODt + Lt (dvs. BOD etter tiden t pluss gjenværende mengde Lt) • BODt = L0 (1- e-kt) (1.orden) • kT = k20(T-20) der  ~ 1,047 • kT = 0,35 - 0,70 (dag-1) for råkloakk • kT = 0,12 - 0,23 (dag-1) for forurenset • elvevann Prof. Hallvard Ødegaard

  15. Total BOD,CBOD,NBOD BOD-forløp uten tilstedeværelse oksyderbart nitrogen-amonium-NH4 • BOD-forløp under tilstedeværelse • av ammonium i vannet • Ammonium oksyderes (nitrifikasjon) • bakteriegruppen Nitrosomonas: • 2NH3 + 3O2 => 2NO2- + 2H+ + 2H2O • bakteriegruppen Nitrobakter: • 2NO2- + O2=> 2NO3- • Dette gir et ekstra forbruk (NBOD) Prof. Hallvard Ødegaard

  16. OMSETNINGEN AV NITROGEN Organisk N hydrolyseres først til ammonium (NH4+) som dernest oksideres videre til nitritt (NO2-) og nitrat (NO3-) gjennom nitrifikasjon. Nitrat kan videre omdannes til N2-gass under anoksiske forhold (uten O2 til stede- f.eks i bunnsediment), kalles denitrifikasjon Prof. Hallvard Ødegaard

  17. PUNKTKILDE, STRØMNING OG O2 I EN ELV Prof. Hallvard Ødegaard

  18. DEOKSYGENERING (RED. AV O2-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) Prof. Hallvard Ødegaard

  19. DEOKSYGENERING I ELVEN MATEMATISK • Deoksygeneringshastigheten (1. orden) = kdLt • kd = deoksygenerings hastighetskonstanten, som • avhenger av det organiske stoffets bionedbrytbarhet og elvens strømningsforhold (eksempelvis: 0,2/dag) • Lt = gjenværende BOD (mg/l) konsentrasjon etter t (dager) • Bruker ligningen Lt = L0 e-kt , som gir: • kdLt = kd L0 e-kdt , der L0 er BOD i elven like etter utslipp • Antar umiddelbar og fullstendig blanding, som gir: • L0 = (QwLw + QrLr) / (Qw + Qr), der Lw er BOD i avløpsutslippet Prof. Hallvard Ødegaard

  20. OKSYGENTILFØRSEL VED LUFTING • Luftingshastigheten (1. orden) = kr D = kr (DOs-DO) • kr = luftingskonstanten (dag-1) som avhenger mye av elven • D = oksygendeficit = metningskonsentrasjon - reell kons. • av O2 • Empirisk funnet: kr = (3,9 u1/2 )/H3/2 • kr = luftingskonstanten ved 20 oC (dag-1) = eks.: 0,46-0,69 for en stor elv og normale strømningshastigheter • u = midlere strømningshastighet (m/s) • H = midlere strømningsdybde (m) • D0 = DQs - (QwDOw + QrDOr)/(Qw + Qr) • D0 = vektet oksygendeficit etter blanding ved utslippet Prof. Hallvard Ødegaard

  21. 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 = kd L0 e-kdt - kr D, som har løsningen: • D = (kdL0/(kr-kd))*(e-kdt - e-krt) + D0 e-krt, eller omskrevet: • DO = DOs - [(kdL0/(kr-kd)*(e-kdt - e-krt) + D0 e-krt] • DOs 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 oksygen-kons. i elven som funksjon av tid eller avstand fra utslippet Prof. Hallvard Ødegaard

  22. OKSYGENSVIKT I EN ELV NEDSTRØMS KILDEN • Oksygen forbrukes på strekningen x=0 til xc men vil deretter øke igjen p.g.a. lufting i vannmassene Prof. Hallvard Ødegaard

  23. SELVRENSING NEDSTRØMS PUNKTUTSLIPP I ELV Nedstrøms et kommunalt utslipp blir forurensningene omsatt av organismer i vannet. Dette kalles vassdragets selvrensing. Figuren viser noen karakteristiske kjemiske og biologiske i rennende vann Prof. Hallvard Ødegaard

  24. Rensetiltak vil forhindre vekst i vassdraget (resipienten) De følgende bilder gir eksempler Prof. Hallvard Ødegaard

  25. EFFEKT I ELV ETTER UTSLIPP AV RENSET AVLØPSVANN Intet avløpsvann 5 % biol. renset 5 % mek.renset 5 % kjem. renset Prof. Hallvard Ødegaard

  26. EFFEKT I ELV ETTER UTSLIPP AV RENSET AVLØPSVANN Intet avløpsvann 0,5 % biol. renset 5 % biol. renset 5 % mek.renset 5 % kjem. renset 0,5 % kjem renset Prof. Hallvard Ødegaard

  27. EUTROFIERING - OVERGJØDSLING • Eutrofiering skyldes for stor tilførsel • av næringsstoffer (primært P og N) • Overgjødslingen fører til alge- • oppblomstring • Flere problemer følger algene • Oksygenforbruk når algene dør/ • brytes ned (algene er org. stoff) • Mange alger skiller ut toxiner • Mange alger skiller ut stoffer som • gir lukt og smak på vannet • Eutrofiering kan finne sted i ferskvann • I innsjøer (vanlig problem) (bilde 1) • I elver-fastsittende alger (bilde 2) • og i marine farvann (fjorder og • poller) Prof. Hallvard Ødegaard

  28. SKJEMATISK BILDE AV EUTROFIERINGSPROSESSEN Prof. Hallvard Ødegaard

  29. TROFIGRAD I INNSJØER Vollenweiders erfarings- modell for sammenhengen mellom trofigrad, innsjøers middeldyp og fosforbelastning Når belastningen øker slik at en innsjø beveger seg fra det oligotrofe (næringsfattige) område i diagrammet opp i det mesotrofe området, må dette regnes som foruroligende. Når sjøen beveger seg inn i det eutrofe (næringsrike) området vil situasjonen være kritisk. Prof. Hallvard Ødegaard

  30. EUTROFIERINGS UTVIKLINGEN I GJERSJØEN, OPPEGÅRD Sjøen er vannkilde for Oppegård kommkune Algene må fjernes ved rensing Prof. Hallvard Ødegaard

  31. ALGEVEKST OG NÆRINGSSTOFF BEHOV • Algefotosyntese kan baseres på følgende formel: • 106 CO2 + 16 NO3- + HPO42- + 122 H2O + 18 H+ = C106H263O110N16P + 138 O2 • Forbruker altså støkiometriske mengder N og PN/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! Brakkvann (fjorder): Fjern både N og P fra avløpsutslippene Prof. Hallvard Ødegaard

  32. FOSFOR OG NITROGEN I NORSKE INNSJØER Prof. Hallvard Ødegaard

  33. FOSFOR-BALANSEN I EN GODT BLANDET INNSJØ QCin+ S=QC + vsAC som gir: C = (QCin + S) / (Q + vs A) vs er empirisk bestemt til rundt 10-16 m/år (dvs. partikulært bundet fosfor) Prof. Hallvard Ødegaard

  34. VANNETS TETTHET OG TEMPERATUR-ENDRING • Vannets relative tetthet (kg/m3) er høyest ved +4 oC • Tetthets-variasjoner i en innsjø/fjord gir merkbare vannstrømmer, men fører også til at temperaturen i dyp-lagene er forholdsvis stabil. Prof. Hallvard Ødegaard

  35. 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. Prof. Hallvard Ødegaard

  36. OKSYGENFORHOLD I LAGDELTE SJØER • I eutrofe sjøer forbrukes oksygenet i dyp-lagene fordi organisk materiale (døde alger) brytes ned. Situasjonen forverres 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. Prof. Hallvard Ødegaard

  37. HAVSTRØMMER OG ALGER LANGS NORSKEKYSTEN Prof. Hallvard Ødegaard

  38. KLASSIFISERING MARIN EUTROFIERING Prof. Hallvard Ødegaard

  39. KLASSIFISERING AV EGNETHET EKSEMPEL : BADING Prof. Hallvard Ødegaard

  40. EKSEMPEL 1: O2-konsentrasjonen på 80 m dyp i Vest- fjorden (Oslofjord) i tidsrommet 1985-95) EKSEMPEL 2: Klorofyll a i Vest- fjorden (Oslofjord) i tidsrommet 1991-96) Prof. Hallvard Ødegaard

  41. TILFØRSLER AV FOSFOR LANGS KYSTEN • Tilførsler fra befolkning (kloakk) • og jordbruk dominerer på • Sør-Østlandet og i fjordene • Tilførsler fra akvakultur dominerer • på kysten på Vestlandet og i • Nor-Norge • Strekningen Svenske grensa til • Boknfjorden er definert som • sensitivt mhp P og her vi har P- • fjerningsanlegg Prof. Hallvard Ødegaard

  42. TILFØRSLER AV NITROGEN LANGS KYSTEN • Tilførsler fra befolkning (kloakk) • og jordbruk dominerer på • Sør-Østlandet • Tilførsler fra akvakultur dominerer • på Vestlandet og i Nor-Norge • Det er kun strekningen Svenske- • grensa til Jomfruland som er • definert som sensitivt mhp N og • her vi har N-fjerningsanlegg Prof. Hallvard Ødegaard

  43. FORSURING KONSEKVENSER AV SUR NEDBØR • Årsakene til forsuringen er todelt : • Tilførsler av (langtransporterte) luftforurensninger (svovelforb.) • Lav bufferkapasitet (alkalitet) i norsk vann pga jordbunnsforholdene • Konsekvenser av sur nedbør : • Fiskedød, skogsdød, løsliggjøring av aluminium etc • Positiv utvikling som følge av rensetiltak i Norge, England og • Øst-Europa Prof. Hallvard Ødegaard

  44. PROSESSER I FORBINDELSE MED SUR NEDBØR Prof. Hallvard Ødegaard

  45. ALKALIET GIR BUFFER-EFFEKT MOT PH-FALL Sur nedbør gir sure vannmasser fordi H2SO4 frigir ioner av H+, men denne effekten motvirkes når det er bikarbonat (HCO3-) tilstede i vannet. Prof. Hallvard Ødegaard

  46. EKSEMPEL PÅ FISKEPOPULASJONENS AVHENGIGHET AV INNSJØENS BUFFERKAPASITET • 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) Prof. Hallvard Ødegaard

  47. TOKSISITET (GIFTVIRKNING) • Årsaker til giftvirkning: • Tungmetaller • As, F, Ni, Zn, Ag, Cd, Pb, Hg, Cr, Cu, etc • Organiske miljøgifter (eksempler) • PAH (polysykliske aromatiske hydrokarboner • PCB (polyklorerte bifenyler ) • HCB (hexaklorbenzen) • Algetoxiner (feks blåskjellforgiftning) • Pesticider (feks DDT (dikloridfenyltrikloretan) Prof. Hallvard Ødegaard

  48. TUNGMETALLFORURENSNING Gruveforurensning Utslipp fra ”Zinken” i Odda Prof. Hallvard Ødegaard

  49. PESTICIDER Klorerte hydrokarboner DDE DDT Pesticider benyttes som middel mot ugras og uønskedesinsekter Klorerte hydrokarboner, som for eksempel DDT er persistente (tungt ned- brytbare) og akkumuleres i fettvev i organismene noe som påvirker nærings- kjeden Dioxin – Dannes også ved forbrenning – kreftfremk. Prof. Hallvard Ødegaard

  50. FLYKTIGE ORGANISKE FORBINDELSER Brukes som løsningsmidler i industrien etc. Bidrar til grunnvannsforurensning Prof. Hallvard Ødegaard

More Related