Le acque reflue trasportano grandi quantità di sostanze organiche nei fiumi e nei laghi, portando a una forte crescita di batteri e carenza di ossigeno. I metodi di misurazione sono stati finora incapaci di misurare con precisione questo inquinamento organico. Un nuovo metodo sviluppato congiuntamente da esperti dell'Helmholtz-Zentrum Hereon dovrebbe fornire un'immagine chiara delle condizioni dell'acqua in futuro. Il lavoro è stato ora pubblicato sulla rivista scientifica Progressi scientifici .

Quando le acque reflue di villaggi e città sfociano in fiumi e laghi, grandi quantità di grassi, proteine, zuccheri e altri contenenti carbonio, le sostanze organiche finiscono in natura insieme alla materia fecale. Queste sostanze organiche vengono scomposte da batteri che consumano ossigeno. Maggiore è il volume delle acque reflue, meglio i batteri prosperano. Questo, però, significa che il contenuto di ossigeno dell'acqua continua a diminuire fino a quando finalmente il pesce, muscoli o vermi letteralmente a corto di aria. Ciò ha creato zone di morte a basso contenuto di ossigeno in molti fiumi e laghi in tutto il mondo.

Nessun gold standard per le misurazioni fino ad ora

Per misurare quanto pesantemente le acque sono inquinate da materia organica proveniente dalle feci, enti governativi e ricercatori ambientali prelevano regolarmente campioni d'acqua. Un metodo di misurazione ampiamente utilizzato utilizza una reazione chimica per determinare il contenuto di sostanze organiche. Come ora mostra un team internazionale di scienziati, questo metodo consolidato fornisce valori dai quali difficilmente si può dedurre il grado effettivo di inquinamento dell'acqua. Prof. Helmuth Thomas, anche il direttore dell'Institute of Carbon Cycles di Hereon ha contribuito allo studio, che ora è stato pubblicato sulla rivista scientifica Progressi scientifici . "Nel giornale, stiamo quindi introducendo anche un nuovo metodo per rendere le misurazioni molto più affidabili in futuro, " lui dice.

Utilizzando il metodo di misurazione convenzionale, i campioni di acqua vengono miscelati con le sostanze chimiche permanganato o dicromato. Questi sono particolarmente reattivi e abbattono tutte le sostanze organiche in breve tempo. La quantità di permanganati o dicromati consumati può quindi essere utilizzata per determinare quanta sostanza organica era contenuta nel campione di acqua. Gli esperti si riferiscono a questa misurazione come "domanda chimica di ossigeno, " COD. Il problema con le misurazioni del COD è che non fanno differenza tra le sostanze organiche che finiscono nell'acqua con i liquami, e quelli che sorgono naturalmente, come la lignina e gli acidi umici, che vengono rilasciati quando il legno si decompone. Ciò significa che l'inquinamento dell'acqua è difficilmente distinguibile dal contenuto naturale di sostanze organiche. "Per il fiume Han in Corea del Sud, Per esempio, abbiamo dimostrato che l'inquinamento da sostanze organiche da acque reflue negli ultimi venticinque anni è diminuito. Le misurazioni del COD, però, mostrano ancora valori elevati come prima, "dice Helmuth Thomas, "perché qui, le sostanze naturali costituiscono una gran parte della materia organica nell'acqua."

Analisi biologiche complicate

Ma come si può misurare in modo più affidabile l'inquinamento effettivo? Qui da decenni è stato stabilito un metodo di misurazione biologica, ma è molto più complesso del metodo COD ed è quindi poco utilizzato da enti governativi e istituti di ricerca. In questo caso, un campione d'acqua viene prelevato dal fiume o dal lago e il contenuto di ossigeno dell'acqua viene misurato come valore iniziale. Un altro "campione parallelo" viene immediatamente sigillato ermeticamente. Quindi questo campione d'acqua riposa per cinque giorni. Durante questo periodo, i batteri scompongono la sostanza organica, per cui consumano gradualmente l'ossigeno nell'acqua. Dopo cinque giorni, si apre il contenitore e si misura l'ossigeno. Se l'acqua contiene una grande quantità di materia organica, allora i batteri erano particolarmente attivi. Il consumo di ossigeno era quindi corrispondentemente elevato. Gli esperti fanno riferimento alla "domanda biologica di ossigeno" (BOD) in questa misurazione.

"La misurazione del BOD è molto più precisa del COD perché i batteri scompongono preferenzialmente le piccole molecole organiche dalle acque reflue ma lasciano quelle naturali, come la lignina, intatto, " dice Tommaso. Tuttavia, la misurazione del BOD ha i suoi svantaggi, pure. La misurazione del BOD richiede cinque giorni, mentre il valore COD è disponibile dopo pochi minuti. Però, durante il riempimento, immagazzinare e misurare i campioni d'acqua, è necessario prestare la massima attenzione per garantire che l'ossigeno dell'aria ambiente non finisca nel campione e falsifichi il valore di misurazione. "Solo poche persone con una grande esperienza di laboratorio hanno imparato a gestire interamente la misurazione del BOD, "dice Tommaso. "Pertanto, enti governativi e ricercatori ancora oggi preferiscono il COD nonostante le sue maggiori incertezze».

Metodo più veloce e affidabile

Helmuth Thomas e il suo team stanno quindi introducendo un metodo alternativo che migliora la misurazione BOD convenzionale. Il vantaggio del metodo è che è necessario un solo campione d'acqua, che viene immediatamente sigillato e il consumo di ossigeno viene misurato senza interferire con il campione. Non è quindi necessario riaprire il campione dopo cinque giorni per misurare il contenuto di ossigeno. Ciò impedisce al campione di entrare nuovamente in contatto con l'ossigeno atmosferico. Con il nuovo approccio, una fibra ottica viene inserita nel recipiente del campione non appena il campione d'acqua è pieno. Attraverso questa fibra, il contenuto di ossigeno può essere misurato in continuo direttamente nel campione mediante effetti ottici.

Tommaso dice, "Possiamo misurare il contenuto di ossigeno ininterrottamente e ottenere un quadro molto più preciso del consumo di ossigeno da parte dei batteri". I primi test hanno dimostrato che un risultato significativo è già disponibile dopo circa 48 ore, qualcosa che accelera notevolmente la misurazione del BOD. Tutto sommato, il metodo ottico rende le misurazioni del BOD non solo più affidabili, ma anche più veloce. Helmuth Thomas presume che il nuovo metodo sarà stabilito nei prossimi anni come il nuovo standard, sostituendo sia il COD che le classiche misure di BOD. Nel futuro, Per esempio, sarà possibile determinare in modo più affidabile rispetto a prima se le misure di controllo dell'inquinamento idrico hanno effettivamente successo.