ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ (Δ.Π.Μ.Σ.) «ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ»

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ (Δ.Π.Μ.Σ.) «ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ» ΜΑΘΗΜΑ ΚΟΡΜΟΥ «ΥΔΑΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ» ΡΥΠΑΝΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σημειώσεις Δ. Μαμάης Eπίκουρος Καθηγητής Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π. Ακαδημαϊκό έτος Χειμερινό Εξάμηνο

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι δυσμενείς συνέπειες της ρύπανσης του νερού μπορούν να είναι οικολογικές, αισθητικές ή υγιεινολογικές. Στην πρώτη περίπτωση οι ρύποι προκαλούν δυσμενείς μεταβολές στα υδατικά οικοσυστήματα. Στην δεύτερη περίπτωση η ρύπανση γίνεται αιτία δυσάρεστων οσμών, χρωματισμού ή θολότητας του υδάτινου σώματος (θάλασσας, λίμνης, ποταμού) πράγμα που εμποδίζει την χρήση του για σκοπούς αναψυχής. Κατά την υγειονολογική ρύπανση το νερό γίνεται φορέας παθογένειας και τοξικότητας για τον άνθρωπο και τα ζώα που χρησιμοποιούν το ίδιο (πόση, κολύμβηση) ή τους υδρόβιους οργανισμούς για τροφή, όπως, π.χ., οστρακόδερμα μολυσμένα με τον ιό της λοιμώδους ηπατίτιδας, ψάρια που η σάρκα τους περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις υδραργύρου κ.α. Οι αστικές συγκεντρώσεις, οι βιομηχανικές και οι γεωργικές δραστηριότητες προκαλούν ρύπανση των νερών με τα αέρια και τα στερεά, αλλά προπάντων με τα υγρά απόβλητά τους. Τα αστικά λύματα προέρχονται από τις αποχετεύσεις των διαφόρων χρήσεων και αποτελούν τον κύριο όγκο των υγρών αποβλήτων μιας πόλης. Περιέχουν ως επί το πλείστον οργανικές ύλες και ορισμένα ανόργανα άλατα, όπως τα αμμωνιακά, νιτρικά και φωσφορικά. Τα υγρά απόβλητα των βιομηχανικών και βιοτεχνικών μονάδων περιέχουν κατά κανόνα ρύπους ανάλογους με τα αστικά λύματα, αλλά ορισμένες φορές έχουν επιπλέον τοξικές οργανικές ενώσεις, διάφορα μέταλλα, όπως ο μόλυβδος και ο υδράργυρος, κλπ. Οι αστικές δραστηριότητες επιβαρύνουν με ρύπανση και τα όμβρια νερά, τα οποία όταν διέρχονται από τους δρόμους της πόλης φορτίζονται με μία μεγάλη ποικιλία ρύπων, όπως ο μόλυβδος και το κάδμιο, σε μικρές γενικά συγκεντρώσεις. Τα κάθε είδους υγρά απόβλητα καταλήγουν στους υγρούς αποδέκτες που είναι επιφανειακοί ή υπόγειοι. Το σύνολο των ρύπων που περιέχονται σε υγρά απόβλητα μπορούν να διακριθούν σε τέσσερις κατηγορίες που δίνονται κατωτέρω ανάλογα με την προέλευσή τους και τις επιπτώσεις που προκαλούν στους υδάτινους αποδέκτες. 1 η κατηγορία: Συμβατικοί ρύποι 1

3 Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει ουσίες όπως οργανική ύλη, αμμωνιακά, νιτρικά και φωσφορικά άλατα, που όταν βρίσκονται φυσικά σε ένα αποδέκτη σε χαμηλές συγκεντρώσεις δεν αποτελούν ρύπανση. Συχνά λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων αυξάνεται η συγκέντρωση τους σε υδατικά σώματα σε επίπεδο που προκαλούν σημαντικά προβλήματα ρύπανσης του στο υδατικό οικοσύστημα. Τέτοιες ουσίες περιέχονται τόσο σε σημειακές πηγές ρύπανσης όπως αστικά λύματα, κτηνοτροφικά απόβλητα, βιομηχανικά απόβλητα χαμηλής όχλησης καθώς και μη σημειακές πηγές όπως επιφανειακές απορροές από υπερλιπασμένες γεωργικές εκτάσεις. Στο Πίνακα 1 δίνονται τα σημαντικότερα είδη ρύπων που εμπίπτουν σε αυτή την κατηγορία των συμβατικών ρύπων και τα προβλήματα ρύπανσης που προκαλούν. Τα επιφανειακά νερά, δηλαδή οι ποταμοί, οι λίμνες, οι λιμνοθάλασσες, οι κλειστοί θαλάσσιοι κόλποι και οι ανοιχτές θάλασσες είναι περισσότερο ή λιγότερο ευαίσθητα σε ρύπανση από συμβατικούς ρύπους, ανάλογα με τη δυνατότητα ανανέωσής τους. Στο θέμα αυτό παίζει καθοριστικό ρόλο η ποσότητα οξυγόνου που είναι διαλυμένο στο νερό. Σε αντίθεση με την ατμόσφαιρα, όπου η συγκέντρωση του οξυγόνου είναι σχεδόν πάντα κανονική και ανεξάρτητη από τη ρύπανση, τα νερά κινδυνεύουν συχνά να στερηθούν το αναγκαίο για την αναπνοή των οργανισμών οξυγόνο, οπότε εμφανίζεται το φαινόμενο της αποξυγόνωσης. Γενικά τα νερά έχουν χαμηλή συγκέντρωση κορεσμού σε οξυγόνο και αυτή γίνεται μικρότερη με την άνοδο της θερμοκρασίας. Όταν υπάρχουν οργανικές ύλες στον υδάτινο αποδέκτη, το διαλυμένο οξυγόνο καταναλώνεται λόγω αερόβιας αναπνοής των μικροοργανισμών που τις αποσυνθέτουν. Γι αυτό το λόγο οι οργανικές ύλες αποτελούν πολύ σοβαρό ρύπο για τα νερά. Οι συνέπειες μπορεί να είναι μοιραίες για πολλούς υδρόβιους οργανισμούς, που κινδυνεύουν από ασφυξία. Έτσι η ρύπανση με αστικά λύματα ή άλλα απόβλητα που περιέχουν οργανικό φορτίο μπορεί να υποβαθμίσει σοβαρά ένα υδατικό οικοσύστημα. Σοβαρά αποτελέσματα για τα επιφανειακά νερά μπορεί να έχει η ρύπανση με ανόργανα άλατα που περιέχουν είτε άζωτο, με μορφή αμμωνιακών ή νιτρικών αλάτων, είτε φωσφόρο. Τέτοια ρυπαντικά φορτία περιέχονται συνήθως στα αστικά λύματα (περιττώματα, απορρυπαντικά κλπ.), σε ορισμένα βιομηχανικά απόβλητα και προπάντων στις γεωργικές απορροές (περίσσεια λιπασμάτων). Το σημαντικότερο πρόβλημα που δημιουργούν το άζωτο και ο φωσφόρος είναι ο ευτροφισμός, που 2

4 συνίσταται στην υπερβολική ανάπτυξη αλγών (φυτοπλαγκτού) στα επιφανειακά νερά, λόγω υπερβολικής τροφοδοσίας τους με θρεπτικά συστατικά. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί σοβαρή διαταραχή του υδατικού οικοσυστήματος, με διάφορες δυσμενείς συνέπειες, μεταξύ των οποίων τη μείωση της διαφάνειας του νερού και την αποξυγόνωση. Τα υπόγεια νερά είναι πολύ ευαίσθητα στη ρύπανση, διότι έχουν περιορισμένη ικανότητα αυτοκαθαρισμού. Η κατάληξη γεωργικών απορροών ή αστικών λυμάτων στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα έχει ως κύριο αποτέλεσμα την αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρικών αλάτων, με αποτέλεσμα τα υπόγεια νερά να καθίστανται τοξικά για τον άνθρωπο και τους ζωικούς οργανισμούς. Πίνακας 1: Κυριότεροι συμβατικοί ρύποι και σχετιζόμενα προβλήματα ρύπανσης Είδη ρύπων Επίδραση σε υδατικά οικοσυστήματα Αύξηση οργανικού φορτίου Αποξυγόνωση αποδέκτη Αύξηση θρεπτικών Ν, Ρ Ευτροφισμός Αύξηση συγκέντρωσης ΝΗ 3 Τοξικότητα σε υδρόβιους οργανισμούς Αύξηση συγκέντρωσης ΝΟ3-Ν Τοξικότητα. Ασφυξία σε βρέφη (πόσιμο νερό) Αύξηση συγκέντρωσης αιωρούμενων Δημιουργία ιζημάτων στερεών Αύξηση θολότητας αποδέκτη Μείωση αισθητικής αξίας αποδέκτη 2 η κατηγορία: Μη συμβατικοί ρύποι Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει κυρίως τοξικές ουσίες υπό συνθήκες απουσίας ρύπανσης συναντώνται σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις ή και καθόλου σε υδάτινους αποδέκτες. Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει μερικούς από τους σημαντικότερους τοξικούς ρύπους, όπως τα συνθετικά οργανικά δηλητήρια, ο μόλυβδος, ο υδράργυρος, το κάδμιο, τα φθοριούχα και τα ραδιενεργά υλικά, οι οποίοι μπορούν να βρεθούν στο νερό, όπως άλλωστε στην ατμόσφαιρα και το έδαφος. Το νικέλιο, το χρώμιο, το αρσενικό, το σελήνιο, τα θειούχα, τα κυανιούχα, τα διάφορα οξέα έχουν επίσης τοξικές επιπτώσεις, όταν η συγκέντρωσή τους στο νερό υπερβεί ορισμένα όρια. Στο 3

5 Πίνακα 2 δίνονται τα σημαντικότερα είδη ρύπων που εμπίπτουν σε αυτή την κατηγορία των μη συμβατικών ρύπων και τα προβλήματα ρύπανσης που προκαλούν. Η ρύπανση μπορεί να μεταδοθεί στον άνθρωπο και μέσω της τροφής, με την εκδήλωση του φαινομένου της βιολογικής μεγέθυνσης ( π.χ. ψάρια που η σάρκα τους περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις υδραργύρου). Πίνακας 2: Κυριότεροι μη συμβατικοί ρύποι και σχετιζόμενα προβλήματα ρύπανσης Είδη ρύπων Επίδραση Βαρέα μέταλλα Cd, Zn, Cr, Hg, Pb, Ni, Cu, κλπ 1. Άμεσα και μακροπρόθεσμα τοξική επίδραση σε υδρόβιους οργανισμούς και στον άνθρωπο 2. Ορισμένα (π.χ. Cd) ύποπτα καρκινογενή 3. Οργανικά σύμπλοκα παρουσιάζουν βιοσυσσώρευση Συνθετικές οργανικές ενώσεις Χλωριωμένοι 4. Κυρίως μακροπρόθεσμη τοξική επίδραση στην υγεία υδρογονάνθρακες 5. Μικρή βιοδιασπασιμότητα Βιολογική Οργανοφωσφορικές ενώσεις Τριαλογονομένα μεθάνια συσσώρευση και μεγέθυνση 6. Αρκετά είναι ύποπτα καρκινογενή ΝΟ Χ, SO 2 7. Όξινη βροχή 8. Αύξηση αζώτου στους αποδέκτες Πετρέλαιο 9. Τοξική άμεση επίδραση 10. Καρκινογόνες ενώσεις 11. Αποξυγόνωση 3 η κατηγορία: Θερμική ρύπανση. Το θερμό απόβλητο νερό ενεργειακών σταθμών και άλλων βιομηχανιών μπορεί να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας του νερού του αποδέκτη που να μην είναι ανεκτή από το υδατικό οικοσύστημα. 4 η κατηγορία: Μικροβιακή ρύπανση μόλυνση Κύρια πηγή ρύπανσης των υδάτινων σωμάτων με παθογόνους μικροοργανισμούς είναι τα δημοτικά και κτηνοτροφικά λύματα με τα περιττώματα ανθρώπων και ζώων που περιέχουν. Σημαντικότεροι παθογόνοι μικροοργανισμοί του νερού είναι 4

6 τα βακτηρίδια του τύφου, παρατύφου, δυσεντερίας, χολέρας και διάφοροι ιοί, κυρίως οι ιοί της λοιμώδους ηπατίτιδας (που μπορεί π.χ. να μολύνει οστρακόδερμα και να μεταδοθεί η μόλυνση στον καταναλωτή) και πολυομυελίτιδας. Στη συνέχεια του κεφαλαίου θα περιγραφούν αναλυτικότερα μερικοί από τους κυριότερους ρύπους και των προβλημάτων ρύπανσης που προκαλούν. Έμφαση θα δοθεί στη παρουσίαση των σημαντικότερων προβλημάτων ρύπανσης που σχετίζονται με τους συμβατικούς ρύπους. 2. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΓΕΝΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΝΕΡΟΥ 2.1 Μέτρηση συγκεντρώσεων ξένων υλών στο νερό Η συγκέντρωση των ξένων υλών στο νερό -φυσικό ή λύματα- μετριέται συνήθως σε όρους μάζας ανά μονάδα όγκου όπως χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο (mg/l), μικρογραμμάρια ανά λίτρο (μgr/l), γραμμάριο ανά λίτρο κ.λ.π. Μερικές φορές η συγκέντρωση μετριέται σε όρους μάζας ανά μονάδα μάζας όπως είναι το ppm (μέρη ανά εκατομμύριο) και το ppb (μέρη ανά δισεκατομμύριο). Μερικές φορές, συνηθέστερα στο Εργαστήριο, η συγκέντρωση μετριέται σε μοριακότητα ή κανονικότητα. Μοριακότητα είναι το πλήθος των γραμμομορίων ανά λίτρο διαλύματος και συνεπώς: Συγκέντρωση σε mg/l=μοριακότητα x 1mole x 10 3 (1) Κανονικότητα είναι το πλήθος των γραμμοϊσοδυνάμων ανά λίτρο και αφού το γραμμοϊσοδύναμο ιόντος είναι η μάζα του ιόντος σε γραμμάρια που περιέχει Ν στοιχειώδη ηλεκτρικά φορτία (Ν=αριθμός Avogadro=6,023x10 23 ) θα είναι Γραμμοϊόν Γραμμοϊσοδύναμο (gr-eq) = ¾¾¾¾ (2) n 5

7 όπου η το πλήθος των στοιχειωδών ηλεκτρικών φορτίων του ιόντος. 2.2 Χημική ισορροπία Μία χημική αντίδραση μεταξύ διάφορων υλών ενός διαλύματος έχει ολοκληρωθεί, βρίσκεται σε κατάσταση χημικής ισορροπίας, όταν οι συγκεντρώσεις των αρχικών υλών και των προϊόντων της αντίδρασης είναι πλέον σταθερές. Η Περιβαλλοντική Τεχνολογία έχει προφανές ενδιαφέρον για τις τελικές μορφές και συγκεντρώσεις των ρύπων που εισέρχονται στο νερό. Την απάντηση στο πρόβλημα αυτό δίνει ο θεμελιακός νόμος επίδρασης της μάζας. Έστω η γενική χημική αντίδραση ma+nb+ «pc+qd+.. (3) όπου τα Α, Β, C, D παριστάνουν τύπους μορίων ή ιόντων και m, n, p, q είναι το πλήθος τους. Ο άνω νόμος εκφράζεται ως εξής: (C) P.(D) q.. ¾¾¾¾¾¾ = K (4) (A) m.(b) n.. όπου οι παρενθέσεις παριστάνουν συγκεντρώσεις οι οποίες για τα συνήθως αραιά διαλύματα της Περιβαλλοντικής Τεχνολογίας, μπορούν να μετριούνται σε μοριακότητα. Η σταθερά Κ ονομάζεται σταθερά ισορροπίας και έχει καθορισμένη τιμή για δεδομένη χημική αντίδραση και θερμοκρασία. Το νερό ιονίζεται ως εξής: Η 2 Ο «Η + + ΟΗ - (5) Από την εφαρμογή του νόμου επίδρασης της μάζας προκύπτει το γινόμενο των ιόντων του νερού. (Η + ).(ΟΗ - ) = Κ(Η 2 Ο) = Κ W (6) 6

8 όπου η K W είναι επίσης σταθερή δεδομένου ότι με το δυνατό μεγαλύτερο ή μικρότερο ιονισμό η μάζα του μη ιονισμένου νερού (Η 2 O) ελάχιστα μεταβάλλεται. Για θερμοκρασία 25 C είναι K W =10-14 mole 2 /l 2. Για ουδέτερο διάλυμα είναι (Η + )=(ΟΗ - )=Κ W 1/2 = Η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου εκφράζεται κατά κανόνα με τη συνάρτηση ph pη = -log(η + ) (7) Για ουδέτερο διάλυμα είναι ph=7. Μικρότερες τιμές δηλώνουν όξινο διάλυμα και μεγαλύτερες βασικό. 2.3 Αλκαλικότητα και σκληρότητα Αλκαλικότητα του νερού είναι η ικανότητά του να εξουδετερώνει οξέα. Συνήθως οι κύριες συνιστώσες της είναι τα διττανθρακικά (HCO - 3) και ανθρακικά (CO = 3 ) που προκύπτουν από τον ιονισμό του CO 2 και από τα υδροξύλια. Η αλκαλικότητα αυτή (ανθρακική αλκαλικότητα) έχει την εξής έκφραση: Α = (ΗCO - 3) + 2(CO = 3) + (OH - ) (H + ) gr-eq/l (8) όπου οι παρενθέσεις σημειώνουν γραμμοϊόντα ανά λίτρο. Συνήθως η αλκαλικότητα μετριέται σε ισοδύναμη συγκέντρωση ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) του οποίου το γραμμομόριο είναι 100 gr και το γραμμοϊσοδύναμο 50 gr δεδομένου ότι ιονίζεται.στα δισθενή Ca++ και CO 3 =. Συνεπώς η ισοδύναμη αλκαλικότητα είναι: A e = A mg/l (9) 7

9 Σκληρότητα είναι η περιεκτικότητα του νερού σε δισθενή μεταλλικά κατιόντα ανάμεσα στα οποία κυριαρχούν κατά κανόνα τα Ca ++ και Mg ++. Η βασική μονάδα σκληρότητας είναι το gr-eq/l αλλά πολύ συχνά χρησιμοποιείται η ισοδύναμη-από πλευράς gr-eq- συγκέντρωση ανθρακικού ασβεστίου ή ακόμη οι παλαιότερες, Γαλλική, Γερμανική και Αγγλική μονάδα. Η σκληρότητα δεν φαίνεται ότι δημιουργεί υγειονολογικά προβλήματα αλλά ελαττώνει την αποτελεσματικότητα του σαπουνιού και το κυριότερο προκαλεί επιλιθώσεις σε σωλήνες, θερμαντικά σώματα και άλλες συσκευές που έρχονται σε επαφή με θερμό, σκληρό νερό. 2.4 Διαλυμένα αέρια Οξυγόνο Συγκέντρωση κορεσμού C S αερίου σε υγρό που βρίσκεται σε επαφή με αέρια φάση του είναι η μέγιστη συγκέντρωση με την οποία μπορεί να βρεθεί μόνιμα διαλυμένο το αέριο στο υγρό. Μεγαλύτερες συγκεντρώσεις συνεπάγονται κίνηση του αερίου από την υγρή προς την αέρια φάση ενώ η κίνηση είναι αντίθετη όταν η συγκέντρωση του αερίου είναι μικρότερη από την C S. Είναι δηλαδή η συγκέντρωση κορεσμού, συγκέντρωση ισορροπίας. Η συγκέντρωση C s είναι ανάλογη με τη μερική πίεση p της αέριας φάσης κατά την επαφή της με το υγρό δηλαδή: C S = K H. p (10) Ο παραπάνω νόμος είναι ο νόμος του Henry και δεν ισχύει για αέρια με πολύ μεγάλη διαλυτότητα. Η σταθερά Κ Η (σταθερά του Henry) εξαρτάται από το αέριο, το υγρό και τη θερμοκρασία. Για οξυγόνο διαλυμένο σε καθαρό νερό με θερμοκρασία 10 C, 20 C και 30 C η σταθερά έχει τιμές εκφρασμένες σε mole/l.at ίσες με , και αντιστοίχως για έκφραση της C S σε mole/l. 8

10 Η αλατότητα ταπεινώνει τη συγκέντρωση κορεσμού. Η C S για αλατότητα Α εκφρασμένη σε gr/l χλωριόντων μπορεί να υπολογισθεί κατά προσέγγιση με πολλαπλασιασμό της C S καθαρού νερού επί (1-0009Α). Στα πλείστα προβλήματα ή αέρια φάση σε επαφή με το νερό είναι η ατμόσφαιρα. Κατά το νόμο του Dalton οι μερικές πιέσεις των αερίων είναι ανάλογες με τις κατ όγκο συμμετοχές στο όλο μείγμα. Η συμμετοχή του οξυγόνου είναι 20,9% και συνεπώς για ολική ατμοσφαιρική πίεση ίση με μία ατμόσφαιρα (1 at) η μερική πίεση του θα είναι 0,209at. Για αέρια με μικρή διαλυτότητα στο νερό, όπως είναι το οξυγόνο γίνεται δεκτό ότι η ταχύτητα μεταβίβασης του οξυγόνου σε όρους ταχύτητας μεταβολής της συγκέντρωσης μεταξύ νερού και ατμόσφαιρας ρυθμίζεται από την ακόλουθη σχέση: dc ¾ = Κ 2 (C S -C) (11) dt Ο συντελεστής Κ 2 στην περίπτωση του οξυγόνου ονομάζεται συντελεστής οξυγόνωσης και εξαρτάται ισχυρώς από τις υδροδυναμικές συνθήκες που επικρατούν στο υδάτινο σώμα (ποταμός, θάλασσα, λίμνη) επειδή η αυξημένη τύρβη προκαλεί μείωση του πάχους δ. Στη βιβλιογραφία μπορεί κανείς να βρει διάφορες εμπειρικές σχέσεις για τον υπολογισμό του Κ 2. Πάντως απολύτως βάσιμες σχέσεις μπορούν να προκύψουν μόνο από μετρήσεις στο συγκεκριμένο υδάτινο σώμα. 2.5 Ολικά στερεά, αιωρούμενα στερεά, διαλυτά στερεά στο νερό Στην Περιβαλλοντική Τεχνολογία οι στερεές ύλες του νερού ορίζονται ως το υπόλοιπο που παραμένει μετά από εξάτμιση σε 105 C. Οι στερεές ύλες διακρίνονται σε αιωρούμενες, κολλοειδείς και διαλυμένες. Κατά μία πρώτη γενική διάκριση τα αιωρούμενα στερεά έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από 1 μm και τα διαλυμένα που είναι μικρά μόρια και ιόντα έχουν μέγεθος μικρότερο από 1 nm. Οι τυπικές αναλύσεις των λυμάτων περιορίζονται συνήθως στην μέτρηση των ολικών στερεών (Total Solids, TS) και των αιωρούμενων στερεών (Suspended Solids SS). 9

11 Για τη μέτρηση των SS χρησιμοποιούνται συμβατικά φίλτρα. Τα συγκρατούμενα SS ζυγίζονται αφού ξηραθούν σε 105 C. 2.6 Οργανική ύλη Η οργανική ύλη αποτελεί πολύ συνηθισμένο και πολύ σημαντικό ρύπο. Βρίσκεται με μεγάλες συγκεντρώσεις στα αστικά και πολλά βιομηχανικά υγρά απόβλητα αλλά και στα στερεά απόβλητα. Είναι πολύ σημαντικός ρύπος αφού προκαλεί αποξυγόνωση του νερού πράγμα που μπορεί να μειώσει ή ακόμη να εξαφανίσει τους πληθυσμούς των ψαριών. Η οργανική ύλη αποτελεί τη βασική τροφή των ετεροτροφικών-χημικοσυνθετικών μικροοργανισμών, κατά το πλείστο βακτηριδίων. Με ύπαρξη διαλυμένου οξυγόνου οι μικροοργανισμοί είναι αερόβιοι. Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις οργανικής ύλης συνεπάγονται μεγαλύτερη μάζα μικροοργανισμών (βιομάζα) και συνεπώς ταχύτερη κατανάλωση διαλυμένου οξυγόνου (μάζα/χρόνο). Αν η ταχύτητα αυτή είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα οξυγόνωσης, προκύπτει μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου. Στην Περιβαλλοντική Τεχνολογία η οργανική ύλη μετριέται σε όρους πτητικών στερεών, βιοχημικώς απαιτούμενου οξυγόνου, χημικώς απαιτούμενου οξυγόνου και ολικού οργανικού άνθρακα. Πτητικά στερεά (Volatile Solids, VS) Μετά από θέρμανση των ολικών στερεών σε C η απώλεια βάρους μετρά τα VS και το υπόλοιπο (στάχτη) τα σταθερά στερεά (Fixed Solids, FS). Στην παραπάνω θερμοκρασία σχεδόν όλη η οργανική ύλη εξαερώνεται πράγμα που σχεδόν δε συμβαίνει με την ανόργανη ύλη. Έτσι τα VS αντιπροσωπεύουν κατά προσέγγιση τα οργανικά στερεά. Τα VS και FS χρησιμοποιούνται συνήθως για τον χαρακτηρισμό των αιωρούμενων στερεών των λυμάτων και ιλύων. 10

12 Βιοχημικώς απαιτούμενο οξυγόνο (Biochemical Oxygen Demand, BOD) Είναι η συνήθως χρησιμοποιούμενη παράμετρος για τη μέτρηση του οργανικού φορτίου των λυμάτων και ρυπασμένων υδάτινων σωμάτων. Το ολικό BOD (BODu) μιας ποσότητας νερού ορίζεται ως η ποσότητα του διαλυμένου οξυγόνου που χρησιμοποιούν οι μικροοργανισμοί για την πλήρη βιοχημική οξείδωση των περιεχόμενων οργανικών υλών. Η ολοκλήρωση του πειράματος ΒΟD απαιτεί πολύ χρόνο. Απαιτούνται 20 ημέρες για να ικανοποιηθούν τα 95-99% του BODu και γι αυτό χρησιμοποιείται συνήθως το BOD 5 που είναι το BOD που ικανοποιείται κατά τις 5 πρώτες ημέρες του πειράματος σε θερμοκρασία 20 C. H ταχύτητα της βιολογικής οξείδωσης εξαρτάται από το είδος της οργανικής ύλης ενώ υπάρχουν οργανικές ύλες που δεν οξειδώνονται βιολογικά (μη βιοδιασπάσιμες ύλες). Έτσι το BOD (BODu ή BOD 5 ) μετρά την οργανική μάζα κατά χονδρική προσέγγιση μόνο και ο λόγος BOD 5 /BODu επηρεάζεται από το είδος των οργανικών υλών του νερού και λυμάτων αλλά και από το βαθμό βιολογικής επεξεργασίας των λυμάτων αφού προηγείται η οξείδωση των ευκολότερα βιοδιασπάσιμων υλών. Η μεγάλη αξία του BOD βρίσκεται στο ότι μετρά άμεσα το κυριότερο ρυπαντικό αποτέλεσμα της οργανικής ύλης δηλαδή την κατανάλωση διαλυμένου οξυγόνου που πραγματοποιούν οι μικροοργανισμοί κατά την οξείδωσή της. Κατά το τυπικό πείραμα του BOD τοποθετείται το διάλυμα του δείγματος σε σφραγιζόμενη φιάλη και μετριέται το διαλυμένο οξυγόνο στην αρχή και στο τέλος του πειράματος. Η διαφορά των δύο μετρήσεων είναι το BOD. Με προσθήκη κατάλληλων χημικών (Θειουρία, Αλληλοθειουρία) εμποδίζεται η νιτροποίηση και συνεπώς η μετρούμενη κατανάλωση οξυγόνου οφείλεται μόνο στην οξείδωση της οργανικής ύλης. Χημικώς απαιτούμενο οξυγόνο (Chemical Oxygen Demand, COD) 11

13 Το COD είναι η ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη χημική οξείδωση της οργανικής ύλης σε CO 2 και νερό. Η οξείδωση πραγματοποιείται με προσθήκη διχρωμικού κάλιου από την ποσότητα του οποίου προκύπτει η τιμή του COD. Το COD χρησιμοποιείται ευρύτατα αντί του BOD ή συμπληρωματικά με αυτό. Έχει το μεγάλο πλεονέκτημα της ταχύτητας αφού η μέτρηση ολοκληρώνεται σε 2-3 ώρες αλλά μετρά όχι μόνο τη βιοδιασπάσιμη αλλά και τη μη βιοδιασπάσιμη οργανική ύλη και συνεπώς αποτελεί μέτρο των αποξυγονωτικών συνεπειών λιγότερο αντιπροσωπευτικό από το BOD. Είναι πάντοτε COD>BODu>BOD 5. Ολικός οργανικός άνθρακας (Total Organic Carbon, TOC) Είναι μέτρο ιδιαίτερα κατάλληλο για μικρές συγκεντρώσεις οργανικής ύλης που ενδιαφέρουν ιδιαίτερα την παραγωγή πόσιμου νερού. Το πείραμα εκτελείται πολύ γρήγορα με καύση και μέτρηση του παραγόμενου CO 2 με τη βοήθεια κατάλληλου αναλυτή. Στα αστικά ανεπεξέργαστα λύματα είναι συνήθως: BOD 5 /TOC = 1,0-1, Άζωτο Η παρουσία αζωτούχων ενώσεων σε ένα υδατικό οικοσύστημα έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς το άζωτο συχνά αποτελεί, όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενο κεφάλαιο, περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη παραγωγικών οργανισμών. Η χημεία του αζώτου είναι αρκετά πολύπλοκη καθώς το άζωτο μπορεί να βρίσκεται στη φύση σε διάφορες μορφές με σθένος από ΙΙΙ μέχρι +V. Το μοριακό άζωτο (N 2 ) με τη κυρίαρχη συμμετοχή του στην σύνθεση της ατμόσφαιρας είναι ένα πρακτικώς αδρανές αέριο από την άποψη της ρύπανσης. Δε συμβαίνει όμως το ίδιο με το ονομαζόμενο δεσμευμένο άζωτο το οποίο έχει μεγάλη συμβολή στη ρύπανση του νερού όπως άλλωστε και στη λειτουργία της βιόσφαιρας. Το δεσμευμένο άζωτο αποτελείται κατά βάση από το αμμωνιακό άζωτο δηλαδή από την αμμωνία, NH 3, και το προϊόν ιονισμού της ΝΗ + 4, το οργανικό άζωτο, τα νιτρώδη (ΝΟ - 2 ) και τα νιτρικά ΝΟ - 3. Σε λύματα ή αποδέκτες που δέχονται λύματα η αναλογία των ανωτέρω μορφών αζώτου είναι ενδεικτική του χρόνου ρύπανσης του αποδέκτη. Νερά που περιέχουν σημαντικές συγκεντρώσεις οργανικού αζώτου θεωρούνται ότι έχουν ρυπανθεί πρόσφατα με λύματα. Με την πάροδο του χρόνου από τη διάθεση λυμάτων σε ένα 12

14 υδάτινο αποδέκτη το μεγαλύτερο ποσοστό του οργανικού αζώτου υδρολύεται σε αμμωνία που στη συνέχεια κάτω από αερόβιες συνθήκες οξειδώνεται σε νιτρώδη και νιτρικά με παράλληλη κατανάλωση οξυγόνου. Το πλείστο των αλγών και των χερσαίων και υδρόβιων φυτών μπορούν να χρησιμοποιήσουν το άζωτο για σύνθεση κυτταρικής ύλης μόνο με τις άνω δεσμευμένες μορφές. Η δέσμευση του αζώτου (μετατροπή του μοριακού αζώτου σε δεσμευμένο) πραγματοποιείται στη Φύση κυρίως από ολιγάριθμη κατηγορία μικροοργανισμών που αναπτύσσονται στο έδαφος και στο νερό. Όμως ο άνθρωπος του 20ου αιώνα με την παραγωγή χημικών λιπασμάτων και αποβλήτων έχει ήδη ξεπεράσει τη Φύση σε ετήσια παραγωγή δεσμευμένου αζώτου. Το άζωτο μπορεί να καταλήξει στα υδατικά οικοσυστήματα από σημειακές ή και μη σημειακές πηγές όπως αστικά λύματα, κτηνοτροφικά απόβλητα ή/και επιφανειακές απορροές από υπερλιπασμένες γεωργικές εκτάσεις. Ιδιαίτερα επικίνδυνα είναι τα νιτρικά (ΝΟ - 3 ) που έχουν ομόσημο ηλεκτρικό φορτίο με τα κολλοειδή του εδάφους με συνέπεια αυξημένη κινητικότητα και συμβολή στο φαινόμενο του ευτροφισμού των υδάτινων σωμάτων αλλά και στην σημαντική υποβάθμιση των υπόγειων υδάτων. Εξάλλου τα νιτρικά του πόσιμου νερού μπορεί να είναι τοξικά για τα βρέφη. 2.8 Φώσφορος Η παρουσία φωσφόρου σε ένα υδατικό οικοσύστημα έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς ο φώσφορος συχνά αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη παραγωγικών οργανισμών (αλγών). Ο φώσφορος στο νερό βρίσκεται είτε διαλυτός ως ανόργανος φώσφορος με την μορφή ορθοφωσφορικών ριζών (PO -3 4, HPO -2 4, H 2 PO - 4 ) και με την μορφή πολυφωσφορικών αλυσίδων είτε σωματιδιακός ως οργανικός φώσφορος δεσμευμένος σε μη υδατοδιαλυτές οργανικές ουσίες όπως νουκλεοτίδια και ορισμένα φωσφολιπίδια. Τα φωσφορικά σχηματίζουν με τα συνήθη κατιόντα Ca ++, Al +++, Fe +++ αδιάλυτες ενώσεις, πράγμα που περιορίζει πολύ την κίνηση του ανόργανου φωσφόρου από το έδαφος προς τα επιφανειακά και ιδιαίτερα προς τα υπόγεια υδάτινα σώματα. Αυτός είναι ο λόγος για τον 13

15 οποίο η ρύπανση των υδάτινων σωμάτων με φωσφόρο οφείλεται συνήθως όχι τόσο στην υπερλίπανση των αγρών, αλλά κυρίως στην αποχέτευση λυμάτων. Οι σημαντικότερες πηγές φωσφόρου στα αστικά λύματα είναι οι ανθρώπινες εκκρίσεις και τα απορρυπαντικά. 3. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 3.1 Περιεκτικότητα σε στερεά Τα στερεά του νερού είναι δυνατό λόγω της χημικής ή βιολογικής σύστασής τους να προκαλούν μία ή περισσότερες από τις τυπικές μορφές ρύπανσης δηλαδή χρώμα, οσμή, γεύση, τοξικότητα, αποξυγόνωση, ευτροφισμό και παθογένεια. Τα αιωρούμενα και κολλοειδή στερεά αποτελούν σημαντικό και πολύπλευρο παράγοντα ρύπανσης. Η θολότητα που μπορεί να προκαλέσει η αποχέτευση όχι καλά επεξεργασμένων αποβλήτων βλάπτει την αισθητική των υδάτινων σωμάτων και εμποδίζει τη διέλευση του ηλιακού φωτός με συνέπεια τη μείωση της παραγωγής φυτοπλαγκτού. Στο αρδευτικό νερό τα παραπάνω στερεά δημιουργούν προβλήματα με την απόθεσή τους σε δεξαμενές και αγωγούς, φράσσουν το επιφανειακό στρώμα του εδάφους εμποδίζοντας έτσι τη διείσδυση του νερού και ατμοσφαιρικού αέρα και επικάθονται στα φύλλα των φυτών πράγμα που εμποδίζει τη φωτοσύνθεση. Επιπλέοντα στερεά ζημιώνουν την αισθητική των υδάτινων σωμάτων και μπορεί να εμποδίζουν την οξυγόνωση του νερού. Τα διαλυμένα άλατα στο αρδευτικό νερό, που μπορούν να έχουν τη πηγή τους στην είσοδο θαλάσσιου νερού στα υπόγεια υδροφόρα στρώματα λόγω υπεραντλήσεων ή στην αποχέτευση αποβλήτων, είναι δυνατόν να περιορίσουν την ανάπτυξη των φυτών με την αύξηση της οσμωτικής πίεσης του εδαφικού διαλύματος στην περιοχή των ριζών. Συγκεντρώσεις διαλυμένων στερεών μεγαλύτερες από mg/l μπορεί να έχουν ως συνέπεια ζημιές στα φυτά. 14

16 Υψηλές συγκεντρώσεις Νa + στο αρδευτικό νερό σε σχέση με τις συγκεντρώσεις των Ca ++ και Mg ++ μπορούν να προκαλέσουν μόνιμη ταπείνωση της διαπερατότητας λεπτόκοκκων εδαφών. Ο δείκτης που συνήθως χρησιμοποιείται είναι ο SAR (Sodium Adsorption Ratio) που υπολογίζεται ως εξής: Ca ++ + Mg ++ SAR = Na + ( ¾¾¾¾¾¾ ) -1/2 (12) 2 Οι συγκεντρώσεις των κατιόντων μετρούνται σε χιλιοστοϊσοδύναμα/l (meq/l). Η επιτρεπόμενη τιμή του SAR εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε διαλυμένα στερεά μπορεί όμως να ειπωθεί ότι τιμές μικρότερες από 3 δεν συνεπάγονται κίνδυνο ενώ τιμές μεγαλύτερες από 6 είναι προβληματικές. 3.2 Χρώμα, οσμή και γεύση Οργανικές και ανόργανες ύλες με προέλευση τη Φύση και τη Βιομηχανία μπορούν να δώσουν χρώμα στο νερό πράγμα που ζημιώνει την αισθητική του και μπορεί να εμποδίζει τη φωτοσύνθεση στα υδάτινα σώματα. Το χρώμα διακρίνεται σε πραγματικό που προκαλείται από διαλυμένες ύλες κυρίως οργανικές και σε φαινομενικό που περιλαμβάνει και αυτό που προκαλείται από αιωρούμενες και κολλοειδείς ύλες. Η μέτρηση του χρώματος γίνεται σε συμβατικούς βαθμούς χρώματος με τη βοήθεια βαθμολογημένων χρωματισμένων διαλυμάτων ή χρωματισμένων γυάλινων δίσκων ή σπεκτροφωτομετρικών μεθόδων. Οι αισθήσεις της γεύσης και οσμής είναι στενά συνδεδεμένες έτσι ώστε είναι δύσκολο να διακριθούν οι σχετικές ανταποκρίσεις. Οι οσμές οφείλονται σε πτητικές ύλες που προέρχονται από την αποσύνθεση οργανικής ύλης (π.χ. H 2 S) από ζωντανά άλγη, από διάφορα προϊόντα διάβρωσης μετάλλων και από ποικιλία χημικών με προέλευση τη Βιομηχανία ανάμεσα στα οποία σημαντική θέση κατέχουν οι φαινόλες. Για τη μέτρηση της οσμής χρησιμοποιείται ο οριακός αριθμός οσμής που είναι η ελάχιστη αραίωση σε καθαρό νερό (πηλίκο όγκου του μείγματος προς τον όγκο του δείγματος) με την οποία παύει να είναι ανιχνεύσιμη η οσμή. Παρόμοιος τρόπος βαθμολόγησης εφαρμόζεται και για τη γεύση. Ο 15

17 Κανονισμός Πόσιμου Νερού απαιτεί ανώτατους οριακούς αριθμούς οσμής και γεύσης 2 και 3 για θερμοκρασία νερού 12 C και 25 C αντιστοίχως. 3.3 Φώσφορος και άζωτο - Ευτροφισμός Ρύπανση των υδάτινων σωμάτων με φωσφόρο ή άζωτο προκύπτει από την υπερλίπανση των αγρών και από την απόρριψη λυμάτων και άλλων αποβλήτων. Η χρησιμοποίηση λιπασμάτων σε ποσότητες μεγαλύτερες από τις δυνατότητες πρόσληψης των φυτών κάνει δυνατή τη μεταφορά της περίσσειας ανόργανου φωσφόρου και αζώτου στα επιφανειακά και υπόγεια υδάτινα σώματα, με τις επιφανειακές απορροές και την διήθηση. Τα δημοτικά και κτηνοτροφικά λύματα και πολλά βιομηχανικά απόβλητα περιέχουν σημαντικές ποσότητες Ρ και Ν με ανόργανη και οργανική μορφή. Με την παρέμβαση των αποσυνθετικών μικροοργανισμών στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας των λυμάτων και στη φύση (υδάτινα σώματα, έδαφος) το οργανικό άζωτο αμμωνιοποιείται και ο οργανικός φωσφόρος μετατρέπεται σε φωσφορικά. Έτσι, το σύνολο του περιεχομένου φωσφόρου και αζώτου μπορεί, κατ'αρχήν, να καταλήξει να φορτίσει το έδαφος και τα υδάτινα σώματα με τη μορφή των φωσφορικών (ΡΟ º 4 ), του αμμωνιακού αζώτου (ΝΗ + 4, ΝΗ3 ) και των νιτρικών (ΝΟ - 3 ). Tα φωσφορικά σχηματίζουν με τα συνήθη κατιόντα Ca ++, Al +++, Fe +++ αδιάλυτες ενώσεις, πράγμα που περιορίζει πολύ την κίνηση του ανόργανου φωσφόρου από το έδαφος προς τα επιφανειακά και ιδιαίτερα προς τα υπόγεια υδάτινα σώματα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ρύπανση των υδάτινων σωμάτων με φωσφόρο οφείλεται συνήθως όχι τόσο στην υπερλίπανση των αγρών, αλλά κυρίως στην αποχέτευση λυμάτων. Το αμμωνιακό άζωτο εμφανίζεται για τις συνήθεις τιμές του ph ως αμμώνιο (ΝΗ + 4 ) κυρίως, το οποίο συγκρατιέται από τα αρνητικά κολλοειδή του εδάφους. Υπό αερόβιες όμως συνθήκες, νιτροποιητικά βακτηρίδια το μετατρέπουν σε ΝΟ - 3. Με την μορφή αυτή έχει κινητικότητα και ρυπαίνει εύκολα τα επιφανειακά και υπόγεια υδάτινα σώματα. Το σημαντικότερο πρόβλημα που δημιουργούν ο ανόργανος φωσφόρος και το άζωτο είναι ο ευτροφισμός που συνίσταται στην υπερβολική ανάπτυξη των αλγών. Η κίνηση από τον ολιγοτροφισμό προς τον ευτροφισμό είναι μία φυσική, 16

18 αναπόφευκτη διαδικασία που πραγματοποιείται με μικρή ταχύτητα σε διάστημα συνήθως αιώνων και χιλιετιών. Πραγματοποιείται με τη βοήθεια των επιφανειακών απορροών που παρασύρουν προς τους ποταμούς λίμνες και θάλασσες φωσφορικά αποσαθρωμένων πετρωμάτων άλλα φυσικά θρεπτικά και νεκρή οργανική ύλη που με την αποσύνθεσή της αποδίδει τα ανόργανα θρεπτικά. Το φαινόμενο του ευτροφισμού επιταχύνεται δραματικά στη περίπτωση που λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων μια μεγάλη ποσότητα από τον περιοριστικό παράγοντα που συνήθως είναι το άζωτο ή ο φώσφορος διατεθεί στο υδατικό οικοσύστημα. Σε αυτή την περίπτωση η πρωτογενής παραγωγικότητα (δηλαδή ουσιαστικά ο πληθυσμός των αλγών) αυξάνει εκρηκτικά, καταστρέφοντας την ισορροπία του οικοσυστήματος. Η ενέργεια που χρειάζεται για την φωτοσύνθεση μπορεί να αποκτηθεί μόνον από ηλιακό φώς με μήκος κύματος στο διάστημα Α. Το ηλιακό φώς αυτής της κατηγορίας είναι στο ορατό φάσμα και αποτελεί περίπου το 40% της συνολικής ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας. Για τα περισσότερα είδη αλγών, η ηλιακή ακτινοβολία δεν αποτελεί περιοριστικό παράγοντα, αν η έντασή της είναι μεγαλύτερη από 2,5x10 4 erg/(cm 2 sec) περίπου. Η ένταση αυτή κορεσμού αποτελεί μόνον το 2-9% της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας, ποσοστό που δείχνει τον μικρό βαθμό αξιοποίησης της ηλιακής ακτινοβολίας κατά την φωτοσύνθεση. Τις περισσότερες φορές, περιοριστικός παράγοντας ανάπτυξης των αλγών στα γλυκά νερά είναι ο φωσφόρος, ενώ στην θάλασσα συχνά περιοριστική τροφή είναι το άζωτο. Ο άνθρακας (με την μορφή του διαλυμένου CO 2 και διάφορων ανθρακικών ριζών) βρίσκεται συνήθως σε περίσσεια, λόγω του αδιάκοπου εμπλουτισμού του νερού με το CO 2 της ατμόσφαιρας. Πάντως φαίνεται ότι η κοινότητα των αλγών μπορεί να επιτυγχάνει σοβαρές προσαρμογές, έτσι ώστε η σχέση των χρησιμοποιούμενων Ν:Ρ να ποικίλει από 1,35:1 μέχρι και 13,5:1, σε όρους μάζας. Τέλος μία κατηγορία αλγών, τα κυανοφύκη, έχουν τη δυνατότητα δέσμευσης αζώτου από το μοριακό άζωτο της ατμόσφαιρας, επομένως για αυτά ο φωσφόρος ή κάποιο άλλο στοιχείο (π.χ. ο σίδηρος) ή η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας αποτελούν συνήθως τον περιοριστικό παράγοντα. 17

19 Τα άλγη, όπως και κάθε άλλος οργανισμός, αναπνέουν και, κατά τη διαδικασία της αναπνοής, η αέρια ανταλλαγή είναι αντίθετη με αυτήν της φωτοσύνθεσης, δηλαδή καταναλώνεται οξυγόνο και αποδίδεται CO 2. Υπάρχει μία κρίσιμη ένταση ακτινοβολίας (περίπου 10x10 2 erg/(cm²sec) για την οποία η ταχύτητα φωτοσύνθεσης είναι τέτοια ώστε το παραγόμενο οξυγόνο απλώς να επαρκεί για τις ανάγκες αναπνοής των αλγών. Η οριακή αυτή ένταση, και το αντίστοιχο βάθος από την επιφάνεια, ονομάζεται σημείο εξισορρόπησης (compensation point). Το στρώμα νερού πάνω από το σημείο εξισορρόπησης ονομάζεται ευφωτική ζώνη (euphotic zone). Στην ζώνη αυτή ζουν οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί του υδατικού περιβάλλοντος (κυρίως τα άλγη). Για μικρότερες ακόμα εντάσεις, ως αποτέλεσμα της αναπνοής, έχουμε μείωση του διαλυμένου οξυγόνου του νερού, ενώ για εντάσεις μεγαλύτερες της κρίσιμης έχουμε εμπλουτισμό με οξυγόνο. Η ευφωτική ζώνη μπορεί να προσδιορισθεί, λαμβάνοντας υπόψη την απομείωση της ηλιακής ακτινοβολίας τόσο λόγω της θολότητας του νερού όσο και λόγω των αλγών. Καθώς η ηλιακή ακτινοβολία διαπερνά το νερό η έντασή της μειώνεται κατά τη σχέση: I z = I o e-(κ+βx)z (13) όπου: Ι z : ένταση ακτινοβολίας σε βάθος z I o : ένταση ακτινοβολίας στην επιφάνεια κ : συντελεστής απορρόφησης ακτινοβολίας για το νερό (με τη φυσική του θολότητα) z : βάθος από την επιφάνεια β : συντελεστής απορρόφησης ακτινοβολίας από τα άλγη x : συγκέντρωση αλγών Το πάχος της ευφωτικής ζώνης Z c, δηλαδή του επιφανειακού στρώματος στο οποίο παρατηρείται ανάπτυξη αλγών, μπορεί να βρεθεί από την προηγούμενη σχέση για I z = I κρίσιμο = 10x10 2 ergs/(cm 2 sec). Οι κυριότερες δυσμενείς επιπτώσεις του ευτροφισμού είναι οι ακόλουθες: 18

20 Αποξυγόνωση: Υπερβολική παραγωγή οργανικής ύλης με τη μορφή των αλγών μπορεί να συντελέσει σε σοβαρή αποξυγόνωση του αποδέκτη. Το επιφανειακό στρώμα νερού εμπλουτίζεται κατά τη διάρκεια της ηλιοφάνειας με οξυγόνο που προκύπτει από την έντονη φωτοσύνθεση αλλά κατά τη διάρκεια της νύκτας η συγκέντρωσή του ελαττώνεται πολύ λόγω του ενδογενούς μεταβολισμού των αλγών κατά τον οποίο τα άλγη οξειδώνουν πρωτόπλασμά τους για απόληψη ενέργειας ανάγοντας το DO. Ο συνδυασμός ύπαρξης μεγάλης ποσότητας αλγών και μειωμένης ηλιοφάνειας έχει ως συνέπεια τη μείωση της φωτοσύνθεσης με αποτέλεσμα η ζήτηση οξυγόνου για την αναπνοή να είναι μεγαλύτερη από την παραγωγή οξυγόνου, φαινόμενο που αν διαρκέσει για σημαντικό χρονικό διάστημα μπορεί να οδηγήσει σε αποξυγόνωση. Επί πλέον με τον θάνατο των αλγών, σταματάει η φωτοσυνθετική τους δραστηριότητα και το πρωτόπλασμά τους χρησιμοποιείται ως τροφή για τους αερόβιους ετεροτροφικούς οργανισμούς που καταναλίσκουν οξυγόνο. Μία άλλη σοβαρή συνέπεια του θανάτου των αλγών είναι η απελευθέρωση και μεταβίβαση στο υδάτινο μέσο του Ν και Ρ των κυττάρων τους, με αποτέλεσμα την αυτοσυντήρηση του ευτροφικού φαινομένου. Εξ άλλου η υπερβολική ανάπτυξη αλγών μπορεί να οδηγήσει στην δημιουργία ενός πυκνού επιφανειακού στρώματος αλγών. Το στρώμα αυτό αφ' ενός μεν εμποδίζει την μεταβίβαση του οξυγόνου της ατμόσφαιρας στο νερό (μείωση συντελεστή οξυγόνωσης), αφ' ετέρου δε εμποδίζει την διέλευση του ηλιακού φωτός με συνέπεια την μείωση της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των αλγών που βρίσκονται κάτω από το επιφανειακό στρώμα και τελικό αποτέλεσμα τον κίνδυνο της αποξυγόνωσης. Μείωση της διαφάνειας: Η υπερβολική συγκέντρωση των αλγών αυξάνει τη θολερότητα του νερού, πράγμα που μπορεί να έχει πολύ δυσμενείς συνέπειες στην αισθητική αξία παράκτιων ή άλλων υδάτων που χρησιμοποιούνται για αναψυχή. Οι συνέπειες αυτές έχουν ιδιαίτερη σημασία για τις Ελληνικές θάλασσες, οι οποίες φημίζονται για τη διαφάνειά τους. 19