Ossigeno nell'acqua: ossigeno disciolto, effetti e trattamento

Ossigeno disciolto nell'acqua

L'ossigeno disciolto (DO) è ossigeno molecolare, O₂, presente nell'acqua. Non è lo stesso ossigeno legato chimicamente nelle molecole d'acqua (H₂O). Il DO è comunemente espresso in milligrammi per litro (mg/L) o come percentuale di saturazione.

Le bolle fini di un diffusore di aerazione apportano ossigeno all'acqua in una vasca di trattamento; una sonda misura l'ossigeno disciolto. — L'aerazione trasferisce ossigeno dall'aria all'acqua; una sonda può misurare la concentrazione di ossigeno disciolto.

Da cosa dipende la solubilità dell'ossigeno?

La concentrazione di saturazione è la quantità di ossigeno che l'acqua può contenere in equilibrio con l'aria circostante. Dipende principalmente dalla temperatura dell'acqua, dalla salinità e dalla pressione atmosferica. L'acqua fredda contiene più ossigeno di quella calda e, alla stessa temperatura, l'acqua salina ne contiene meno dell'acqua dolce. A quote più elevate, la minore pressione atmosferica riduce la concentrazione di saturazione.

Come riferimento, l'acqua dolce in equilibrio con l'aria a 25°C e a un'atmosfera contiene circa 8,3 mg/L di ossigeno. Questo è un valore di saturazione, non una previsione valida per ogni fiume, lago o processo di trattamento. Le concentrazioni effettive dipendono anche dal mescolamento, dall'attività biologica e dalle reazioni che consumano ossigeno. Lo strumento USGS DOTABLES calcola la saturazione per condizioni specifiche di temperatura, pressione e salinità.

Le misure possono essere espresse anche come percentuale di saturazione:

Saturazione del DO (%) = DO misurato (mg/L) ÷ DO alla saturazione (mg/L nelle stesse condizioni) × 100

L'ossigeno reagisce con l'acqua?

In normali condizioni ambientali, l'ossigeno gassoso si dissolve nell'acqua ma non reagisce con l'acqua stessa. L'O₂ disciolto può agire da accettore di elettroni nelle reazioni di ossidazione. Nel trattamento delle acque e nelle acque naturali può ossidare il ferro ferroso e il manganese disciolti, i composti ridotti dello zolfo e parte della materia organica. La velocità di reazione e i prodotti dipendono da condizioni quali il pH, la temperatura e le sostanze presenti; il ferro o il manganese precipitati potrebbero dover essere rimossi mediante filtrazione o sedimentazione.

Perché l'ossigeno disciolto è importante nei fiumi e nei laghi

La maggior parte degli animali acquatici e molti microrganismi hanno bisogno di ossigeno disciolto per respirare. L'ossigeno entra nelle acque superficiali per trasferimento dall'atmosfera e grazie alla fotosintesi. Vento, onde e turbolenza favoriscono gli scambi tra aria e acqua. Le piante e le alghe possono aumentare il DO durante il giorno grazie alla fotosintesi, mentre la respirazione e la decomposizione consumano ossigeno, spesso riducendone le concentrazioni durante la notte.

Quando un eccesso di nutrienti stimola la crescita delle alghe, la decomposizione della biomassa risultante può consumare grandi quantità di ossigeno. Anche la stratificazione può limitare il reintegro dell'ossigeno nelle acque più profonde. Questi processi possono causare ipossia (DO molto basso) o anossia (DO scarso o assente), con effetti sugli organismi acquatici. Per ulteriori informazioni, consulta la pagina sull'eutrofizzazione dei corpi idrici.

Le soglie di DO non sono universali: la tolleranza varia a seconda della specie, dello stadio di vita, della temperatura e della durata dell'esposizione. Come valori indicativi generali, l'EPA statunitense osserva che concentrazioni inferiori a 5 mg/L possono causare stress nei pesci e che valori inferiori a 3 mg/L possono essere troppo bassi per sostenerne la vita. L'interpretazione dovrebbe basarsi sulle norme locali e sulle condizioni specifiche del sito.

L'ossigeno nel trattamento delle acque

L'aerazione apporta ossigeno. L'aerazione trasferisce ossigeno dall'aria all'acqua. È utilizzata per sostenere il trattamento biologico aerobico e può contribuire a ossidare ferro, manganese o composti ridotti. Le prestazioni dipendono dalla chimica dell'acqua e dalle apparecchiature; la sola ossidazione non rimuove le particelle risultanti. Scopri di più sull'aerazione nel trattamento delle acque.

La deaerazione rimuove i gas disciolti. Nei sistemi con caldaie e in alcuni sistemi industriali, l'ossigeno disciolto può contribuire alla corrosione. I deaeratori usano comunemente vapore e calore per eliminare i gas disciolti; altri sistemi possono utilizzare il vuoto o agenti chimici che rimuovono l'ossigeno, scelti in base al processo. L'obiettivo dipende dalla progettazione delle apparecchiature e dalle condizioni operative. Consulta la guida del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sui deaeratori nei sistemi industriali a vapore.

Misurazione dell'ossigeno disciolto e della domanda di ossigeno

Il DO si misura con una sonda calibrata o mediante un metodo di titolazione in laboratorio. Registra la temperatura insieme al valore di DO e, ove pertinente, la salinità e la pressione barometrica: questi dati sono necessari per interpretare la percentuale di saturazione. Le misure possono variare con la profondità e l'ora del giorno, quindi le condizioni di campionamento sono importanti.

La domanda biochimica di ossigeno (BOD) è diversa dalla misura diretta del DO: stima l'ossigeno consumato durante una prova specifica mentre i microrganismi degradano le sostanze presenti in un campione. Una comune prova BOD₅ prevede l'incubazione del campione per cinque giorni a 20°C. La BOD indica la domanda di ossigeno; non misura direttamente la massa o la tossicità degli inquinanti.