Monitoraggio idrogeologico

Ossigeno disciolto

Il termine "ossigeno disciolto" si riferisce al livello di ossigeno libero (O2) presente nell'acqua o in altri liquidi. La molecola di ossigeno legata nell'acqua (H2O) è in un composto e non conta per i livelli di ossigeno disciolto. L'ossigeno libero (fino a circa dieci molecole di ossigeno per milione di molecole di acqua) è ossigeno che non è legato ad alcun altro elemento.

Si misura in ppm, mg/L o percentuale di saturazione. La percentuale di saturazione corrisponde alla percentuale di ossigeno disciolto in quell'acqua confrontato con il valore massimo che potrebbe essere presente a quella temperatura. Quando leggiamo 100% di saturazione di ossigeno vuol dire che quell'acqua contiene la massima quantità di ossigeno per quella acqua a quella temperatura e salinità e pressione atmosferica.

L'ossigeno disciolto nelle acque (acque sotterranee, laghi, fiumi, oceani)

è la temperatura. L'ossigeno disciolto diminuisce al diminuire della temperatura e aumenta al aumentare della temperatura. La salinità influisce anche sulla misurazione dell'ossigeno disciolto, poiché l'acqua salata può trattenere meno ossigeno rispetto all'acqua dolce. La pressione barometrica può influenzare la misurazione dell'ossigeno disciolto, poiché una pressione più alta può favorire una maggiore solubilità dell'ossigeno. Infine, il flusso o l'agitazione dell'acqua può influenzare la misurazione dell'ossigeno disciolto, poiché un maggiore flusso o agitazione può favorire una maggiore diffusione dell'ossigeno nell'acqua.

per la misura di DO è la temperatura; pertanto, è importante assicurarsi che il sensore di temperatura sullo strumento misuri accuratamente. La solubilità dell'ossigeno in acqua è inversamente proporzionale alla temperatura: le acque fredde dissolvono più ossigeno delle acque calde. Le sonde sono generalmente compensate per la temperatura tramite un sensore integrato e un algoritmo specifico.

La seconda variabile che influenza la concentrazione di DO è la salinità del campione d'acqua. All'aumentare della salinità dell'acqua, l'acqua diminuisce la sua capacità di dissolvere l'ossigeno. Le sonde che dispongono anche di un conduttimetro integrato sono compensate sia per la temperatura che per la salinità. Questo è essenziale per le misurazioni in aree salmastre.

L'ultimo fattore quando si tratta di calibrazione e misurazione dell'ossigeno disciolto è

essere inserito manualmente nel calcolo del DO in mg/L. • La temperatura influisce anche sulla misurazione del DO. La solubilità dell'ossigeno nell'acqua diminuisce al aumentare della temperatura. Pertanto, è importante tenere conto della temperatura durante la misurazione del DO. • Alcuni strumenti DO utilizzano una compensazione automatica della temperatura per correggere le letture in base alla temperatura del campione. Tuttavia, è sempre consigliabile verificare la corretta calibrazione del sensore di temperatura per ottenere letture accurate del DO. • Infine, è importante tenere conto delle condizioni ambientali durante la misurazione del DO. Ad esempio, la presenza di sostanze organiche o inquinanti nell'acqua può influire sulla misurazione del DO. Pertanto, è consigliabile effettuare una pulizia accurata del campione prima della misurazione. In conclusione, per ottenere letture accurate del DO è necessario considerare la pressione barometrica, la salinità, la temperatura e le condizioni ambientali durante la misurazione. Inoltre, è importante calibrare accuratamente gli strumenti utilizzati e pulire adeguatamente il campione prima della misurazione.essereinserito manualmente dall'utente.
72• Le diverse curve rappresentano acque a diversa salinità. All'aumentare di T e salinità la quantità di ossigeno disciolto diminuisce. I sensori non misurano la concentrazione ma la pressione del campione e la esprimono in % di saturazione.
• Normalmente le sonde compensano per T e salinità ovvero danno già il valore in ppm considerando la salinità e la T del campione. Es. la sonda parametrica ha anche un lettore di salinità con uno scarto del 10%. Il sensore più utilizzato è quello ottico.
Misurazione dell'ossigeno disciolto
• I misuratori dell'ossigeno disciolto di campo e di laboratorio utilizzano una sonda che si trova all'estremità di un cavo collegato con un lettore.
• I sensori amperometrici (cella di Clark) o elettrochimici (polarografici e galvanici) sono (erano) i metodi di campo più comunemente utilizzati per lamembrana è che possono essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, compresi i sistemi di monitoraggio in continuo. Tuttavia, i sensori ottici possono essere più costosi e richiedono una calibrazione periodica. I sensori ottici utilizzano una tecnologia basata sulla luminescenza ottica per misurare il DO. Questi sensori contengono un materiale luminescente che emette luce quando viene eccitato da una sorgente luminosa. La quantità di luce emessa è proporzionale alla concentrazione di ossigeno disciolto nella soluzione. I sensori ottici non richiedono un flusso di acqua attraverso una membrana, il che li rende più facili da utilizzare in diverse condizioni. Tuttavia, è importante notare che i sensori ottici possono essere influenzati da sostanze che assorbono la luce, come i pigmenti organici presenti in alcune soluzioni. In conclusione, sia i sensori a membrana che i sensori ottici possono essere utilizzati per misurare il DO. La scelta del tipo di sensore dipende dalle esigenze specifiche dell'applicazione e dai vincoli di costo e manutenzione.membrana è che sono più veloci nella lettura. Tuttavia necessitano un flusso continuo di acqua davanti al sensore. Ciò viene fatto tenendo in agitazione manualmente la sonda o tramite sonde dotate di una piccola elica che fa muovere l'acqua. La calibrazione della sonda rispetto alla pressione atmosferica viene fatta nel punto in cui si effettua la misura. Quindi la sonda si calibra in laboratorio, però per la pressione atmosferica si ricalibra sul sito. I sensori di ossigeno disciolto, sia elettrochimici che ottici, non misurano direttamente la concentrazione di ossigeno disciolto in mg/L o ppm, ma la pressione dell'ossigeno che si dissolve nel campione. Per semplificare le letture visualizzate da uno strumento, la pressione dell'ossigeno disciolto è espressa in DO% di saturazione. Un campione di acqua dolce può dissolvere più ossigeno di un campione di acqua di mare alla stessa temperatura e alla stessa altitudine (o alla stessa pressione atmosferica).

pressione barometrica );tuttavia, siccome Il sensore misura la pressione dell'ossigeno e non la concentrazione dell'ossigeno disciolto, il segnale di uscita del sensore è identico in entrambi i campioni poiché la pressione dell'ossigeno è identica in entrambi i mezzi.

Esempio

Se due campioni, uno di acqua dolce e uno di acqua di mare, sono completamente saturi di ossigeno (100%), il segnale (la pressione dell'ossigeno) misurato sarà identico nei due campioni e leggeremo 100%, ma la concentrazione di ossigeno disciolto sarà:

• Acqua dolce a 25 °C: DO = 8,26 mg / L
• Acqua di mare (36 ppt) a 25°C: DO = 6,27 mg / L

ppt = parts per thousands (‰)

ANNOTARE IN CAMPO ENTRAMBE LE MISURE (% e mg/L) 74

Più del 100% di saturazione

Se leggiamo un valore di DO superiore al 100% può essere dovuto al fatto che l'acqua risalendo nella tubazione fino alla cella di flusso si scalda.

L'aria contiene circa

Il 21% di ossigeno. Il contenuto di ossigeno di qualsiasi liquido è definito dalla Legge di Henry come proporzionale alla pressione parziale (o percentuale) di ossigeno nel gas sopra di esso.

In termini pratici, ciò significa che se immettiamo aria oppure ossigeno mediante bombole di gas compresso gorgogliati in campioni di acqua separati, la lettura del sensore dall'acqua satura di ossigeno sarà circa cinque volte più grande di quella della lettura del sensore dall'acqua satura d'aria. Se il sensore è calibrato al 100% in acqua satura di aria o aria satura di acqua, la lettura in acqua satura di ossigeno sarà di circa il 500% di saturazione dell'aria. Pertanto, la fotosintesi (da parte di piante acquatiche o alghe in acque superficiali) può facilmente spiegare valori di "percentuale di saturazione dell'aria" tra il 100% e il 500% a seconda dell'efficienza e della concentrazione delle specie.

fotosinteticamente attive presenti.

La legge di Henry, formulata da William Henry nel 1803, regola la solubilità dei gas in un liquido. In particolare essa sostiene che: Un gas che esercita una pressione sulla superficie di un liquido, vi entra in soluzione finché avrà raggiunto in quel liquido la stessa pressione che esercita sopra di esso. (WIKI)

La lettura dell'ossigeno disciolto di un’acqua sotterranea a 14°C misurato in un piezometro è 10.29 mg/L. Ciò corrisponde al 100% di saturazione. L’acqua viene quindi sollevata mediante una pompa e si misura l'ossigeno disciolto in una cella di flusso. Se questo avviene in una giornata calda e assolata, la circolazione nelle tubazioni esposte alle alte temperature esterne scalda l’acqua a 22°C dove 8.22 mg/L rappresenta il valore saturo di aria al 100%.

Tuttavia, la variazione di temperatura si è verificata abbastanza rapidamente e in un circuito «sigillato» in

cui l'ossigeno disciolto in acqua non può "sfuggire" all'aria. L'acqua contiene ancora 10.29 mg/L di ossigeno disciolto, ma ora la temperatura è di 22°C dove 10.29 mg/L corrisponde al 121% di saturazione dell'aria ({10.29 / 8.22} x 100). Leggiamo quindi un valore di DO% superiore al 100% a causa del cambio di temperatura.

Interferenze

• Alcuni gas, incluso l'idrogeno solforato, possono permeare la membrana di un sensore elettrochimico interferendo con gli elettrodi e le letture.
• I sensori ottici non sono influenzati dalla presenza di idrogeno solforato e di altri gas che interferiscono con il tradizionale metodo elettrochimico. Ciò consente al sensore ottico di campionare in ambienti con idrogeno solforato come acque reflue, fondali lacustri e zone umide.

Perché il sensore a membrana va sempre tenuto in agitazione

Misurazione dell'ossigeno disciolto

• I sensori a lettura ottica misurano la luminescenza

La durata della luminescenza è influenzata dalla presenza di ossigeno ed è prodotta da un luminoforo. È possibile misurare la durata della luminescenza.