Afvalwater voert grote hoeveelheden organische stoffen de rivieren en meren in, wat leidt tot sterke groei van bacteriën en zuurstoftekort. Meetmethoden zijn tot nu toe niet in staat geweest om deze organische vervuiling nauwkeurig te meten. Een nieuwe methode, mede ontwikkeld door experts van het Helmholtz-Zentrum Hereon, moet in de toekomst een duidelijk beeld geven van de watercondities. Het werk is nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Wanneer afvalwater van dorpen en steden in rivieren en meren stroomt, grote hoeveelheden vetten, eiwitten, suikers en andere koolstofhoudende, organische stoffen komen samen met ontlasting in de natuur terecht. Deze organische stoffen worden afgebroken door bacteriën die zuurstof verbruiken. Hoe groter de hoeveelheid afvalwater, hoe beter de bacteriën gedijen. Dit, echter, betekent dat het zuurstofgehalte van het water blijft afnemen totdat uiteindelijk de vis, spieren of wormen raken letterlijk zonder lucht. Dit heeft geleid tot zuurstofarme doodszones in veel rivieren en meren over de hele wereld.

Geen gouden standaard voor metingen tot nu toe

Om te meten hoe zwaar het water verontreinigd is met organisch materiaal uit uitwerpselen, overheden en milieuonderzoekers nemen regelmatig watermonsters. Een veelgebruikte meetmethode maakt gebruik van een chemische reactie om het gehalte aan organische stoffen te bepalen. Zoals een internationaal team van wetenschappers nu laat zien, deze beproefde methode levert waarden op waaruit de werkelijke mate van waterverontreiniging nauwelijks kan worden afgeleid. Prof. Helmuth Thomas, directeur van Hereon's Institute of Carbon Cycles levert ook een bijdrage aan de studie, die nu is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . "In de krant, we introduceren daarom ook een nieuwe methode om de metingen in de toekomst veel betrouwbaarder te maken, " hij zegt.

Met behulp van de conventionele meetmethode, watermonsters worden gemengd met de chemicaliën permanganaat of dichromaat. Deze zijn bijzonder reactief en breken in korte tijd alle organische stoffen af. Aan de hand van de hoeveelheid verbruikte permanganaten of dichromaten kan vervolgens worden bepaald hoeveel organische stof zich in het watermonster bevond. Experts noemen deze meting "chemisch zuurstofverbruik, " CZV. Het probleem met de CZV-metingen is dat ze geen onderscheid maken tussen de organische stoffen die met het riool in het water terechtkomen, en die welke van nature ontstaan, zoals lignine en humuszuren, die vrijkomen wanneer hout vergaat. Hierdoor is de waterverontreiniging nauwelijks te onderscheiden van het natuurlijke gehalte aan organische stoffen. "Voor de Han-rivier in Zuid-Korea, bijvoorbeeld, we hebben laten zien dat de vervuiling met organische stoffen uit afvalwater in de afgelopen vijfentwintig jaar is afgenomen. De CZV-metingen, echter, vertonen nog steeds hoge waarden zoals ze voorheen waren, " zegt Helmuth Thomas, "omdat hier de natuurlijke stoffen vormen een groot deel van de organische stof in het water."

Ingewikkelde biologische analyse

Maar hoe kan de werkelijke vervuiling betrouwbaarder worden gemeten? Hier is al decennia lang een biologische meetmethode gevestigd, maar het is veel complexer dan de COD-methode en wordt daarom weinig gebruikt door overheden en onderzoeksinstellingen. In dit geval, er wordt een watermonster genomen uit de rivier of het meer en het zuurstofgehalte van het water wordt als initiële waarde gemeten. Een ander "parallel monster" wordt direct luchtdicht afgesloten. Daarna rust dit watermonster vijf dagen. Gedurende deze periode, de bacteriën breken de organische stof af, waarbij ze geleidelijk de zuurstof in het water verbruiken. Na vijf dagen, de container wordt geopend en de zuurstof wordt gemeten. Als het water veel organisch materiaal bevat, dan waren de bacteriën bijzonder actief. Het zuurstofverbruik was dan navenant hoog. Experts spreken in deze meting over het "biologische zuurstofverbruik" (BZV).

"De BZV-meting is veel nauwkeuriger dan de CZV omdat de bacteriën bij voorkeur de kleine organische moleculen uit het afvalwater afbreken, maar de natuurlijke achterlaten, zoals lignine, onaangeroerd, " zegt Thomas. Toch, de BZV-meting heeft zijn nadelen, te. BOD-meting duurt vijf dagen, terwijl de COD-waarde na enkele minuten beschikbaar is. Echter, tijdens het vullen, het opslaan en meten van de watermonsters, Er moet zorgvuldig op worden gelet dat er geen zuurstof uit de omgevingslucht in het monster terechtkomt en de meetwaarde vervalst. "Slechts een paar mensen met veel laboratoriumervaring hebben de BOD-meting volledig onder de knie, " zegt Thomas. "Daarom, overheidsinstanties en onderzoekers geven zelfs vandaag de dag nog steeds de voorkeur aan de CZV, ondanks de grotere onzekerheden."

Snellere en betrouwbaardere methode

Helmuth Thomas en zijn team introduceren daarom een ​​alternatieve methode die de conventionele BZV-meting verbetert. Het voordeel van de methode is dat er maar één watermonster nodig is, die onmiddellijk wordt afgesloten en het zuurstofverbruik wordt gemeten zonder het monster te verstoren. Het is daarom niet nodig om het monster na vijf dagen opnieuw te openen om het zuurstofgehalte te meten. Dit voorkomt dat het monster opnieuw in contact komt met zuurstof uit de lucht. Met de nieuwe aanpak een optische vezel wordt in het monstervat gestoken zodra het watermonster is gevuld. Door deze vezel het zuurstofgehalte kan continu direct in het monster worden gemeten met behulp van optische effecten.

Tomas zegt, "We kunnen non-stop het zuurstofgehalte meten en een veel nauwkeuriger beeld krijgen van het zuurstofverbruik door de bacteriën." Eerste tests hebben aangetoond dat na ongeveer 48 uur al een zinvol resultaat beschikbaar is, iets dat de BZV-meting aanzienlijk versnelt. Globaal genomen, de optische methode maakt de BZV-metingen niet alleen betrouwbaarder, maar ook sneller. Helmuth Thomas gaat ervan uit dat de nieuwe methode de komende jaren als nieuwe standaard zal worden neergezet, ter vervanging van zowel de CZV- als de klassieke BZV-metingen. In de toekomst, bijvoorbeeld, het zal mogelijk zijn om betrouwbaarder dan voorheen te bepalen of maatregelen ter bestrijding van waterverontreiniging daadwerkelijk succesvol zijn.