Avloppsvatten transporterar stora mängder organiska ämnen till floder och sjöar, vilket leder till kraftig tillväxt av bakterier och syrebrist. Mätmetoder har hittills inte kunnat mäta denna organiska föroreningar exakt. En ny metod som utvecklats av experter från Helmholtz-Zentrum Hereon bör ge en tydlig bild av vattenförhållandena i framtiden. Arbetet har nu publicerats i den vetenskapliga tidskriften Vetenskapliga framsteg .

När avloppsvatten från byar och städer rinner ut i floder och sjöar, stora mängder fett, proteiner, socker och annat kolhaltigt innehåll, organiska ämnen hamnar i naturen tillsammans med avföring. Dessa organiska ämnen bryts ner av bakterier som förbrukar syre. Ju större avloppsvatten, desto bättre trivs bakterierna. Detta, dock, betyder att syrehalten i vattnet fortsätter att minska tills fisken äntligen, muskler eller maskar tar bokstavligen slut på luft. Detta har skapat dödszoner med låg syrehalt i många floder och sjöar runt om i världen.

Ingen guldstandard för mätningar förrän nu

För att mäta hur starkt vattnet är förorenat med organiskt material från avföring, myndigheter och miljöforskare tar regelbundet vattenprover. En allmänt använd mätmetod använder en kemisk reaktion för att bestämma innehållet av organiska ämnen. Som ett internationellt team av forskare nu visar, denna etablerade metod ger värden från vilka den faktiska graden av vattenföroreningar knappast kan härledas. Prof. Helmuth Thomas, chef för Hereons Institute of Carbon Cycles är också en bidragsgivare till studien, som nu har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Vetenskapliga framsteg . "I tidningen, vi introducerar därför också en ny metod för att göra mätningarna mycket mer tillförlitliga i framtiden, " han säger.

Med den konventionella mätmetoden, vattenprover blandas med kemikalierna permanganat eller dikromat. Dessa är särskilt reaktiva och bryter ner alla organiska ämnen på kort tid. Mängden förbrukade permanganater eller dikromater kan sedan användas för att bestämma hur mycket organiskt ämne som fanns i vattenprovet. Experter hänvisar till denna mätning som "kemiskt syrebehov, "COD. Problemet med COD -mätningarna är att de inte skiljer mellan de organiska ämnena som hamnar i vattnet med avloppet, och de som uppstår naturligt - som lignin och humussyror - som frigörs när trä sönderfaller. Detta innebär att vattenföroreningarna knappast kan särskiljas från det naturliga innehållet av organiska ämnen. "För Han -floden i Sydkorea, till exempel, vi har visat att föroreningarna med organiska ämnen från avloppsvatten under de senaste tjugofem åren har minskat. COD -mätningarna, dock, visar fortfarande höga värden som de var tidigare, säger Helmuth Thomas, "för här, de naturliga ämnena utgör en stor del av det organiska materialet i vattnet. "

Komplicerad biologisk analys

Men hur kan den faktiska föroreningen mätas mer pålitligt? En biologisk mätmetod har etablerats här i decennier, men det är mycket mer komplext än COD -metoden och används därför sällan av statliga organ och forskningsinstitutioner. I detta fall, ett vattenprov tas från floden eller sjön och syrehalten i vattnet mäts som ett initialvärde. Ett annat "parallellt prov" förseglas omedelbart lufttätt. Sedan vilar detta vattenprov i fem dagar. Under denna tid, bakterierna bryter ner den organiska substansen, varigenom de gradvis konsumerar syret i vattnet. Efter fem dagar, behållaren öppnas och syret mäts. Om vattnet innehåller mycket organiskt material, då var bakterierna särskilt aktiva. Syreförbrukningen var då motsvarande hög. Experter hänvisar till "biologiskt syrebehov" (BOD) i denna mätning.

"BOD -mätningen är mycket mer exakt än COD eftersom bakterierna företrädesvis bryter ner de små organiska molekylerna från avloppsvattnet men lämnar de naturliga, såsom lignin, oberörd, "säger Thomas. Ändå, BOD -mätningen har sina nackdelar, för. BOD -mätning tar fem dagar, medan COD -värdet är tillgängligt efter några minuter. Dock, medan du fyller, lagring och mätning av vattenprover, noggrann försiktighet måste iakttas för att säkerställa att inget syre från den omgivande luften hamnar i provet och förfalskar mätvärdet. "Endast ett fåtal personer med stor laboratorierfarenhet har behärskat hur man helt hanterar BOD -mätningen, "säger Thomas." Därför, Regeringsorgan och forskare föredrar än idag fortfarande COD trots dess större osäkerhet. "

Snabbare och mer pålitlig metod

Helmuth Thomas och hans team introducerar därför en alternativ metod som förbättrar den konventionella BOD -mätningen. Fördelen med metoden är att endast ett vattenprov är nödvändigt, som förseglas omedelbart och syreförbrukningen mäts utan att störa provet. Det är därför onödigt att öppna provet efter fem dagar igen för att mäta syrehalten. Detta förhindrar att provet kommer i kontakt med atmosfäriskt syre igen. Med det nya tillvägagångssättet, en optisk fiber sätts in i provkärlet så snart vattenprovet är fyllt. Genom denna fiber, syrehalten kan kontinuerligt mätas direkt i provet med hjälp av optiska effekter.

Thomas säger, "Vi kan mäta syrehalten non-stop och få en mycket mer exakt bild av bakteriens syreförbrukning." De första testerna har visat att ett meningsfullt resultat redan finns tillgängligt efter cirka 48 timmar, något som påskyndar BOD -mätningen avsevärt. Allt som allt, den optiska metoden gör BOD -mätningarna inte bara mer tillförlitliga, men också snabbare. Helmuth Thomas antar att den nya metoden kommer att etableras under de kommande åren som den nya standarden, ersätter både COD och de klassiska BOD -mätningarna. I framtiden, till exempel, det kommer att vara möjligt att på ett mer tillförlitligt sätt fastställa om åtgärder för att bekämpa vattenföroreningar faktiskt är framgångsrika.