01 Bilancio ossigeno, Dispense di Costruzioni Idrauliche

Scarica 01 Bilancio ossigeno e più Dispense in PDF di Costruzioni Idrauliche solo su Docsity! 1 Ossigeno Disciolio SAT. ACQUA INVERTEBRATI TT CHIARA E FRESCA PESCI PLANKTON i itti E pi la Oedogonium Popolazione ittica Trichoptera Fphemerids Navicula 9 Dindb bryoni normale GEA 3 MEZ Ù MALE ODORANTE ST “ SCURA E TORBIDA Pesci che si adattano | Ciprinidi : TORBIDA E SCURA Ganoidi Samone Sirnilium Sx Paramecium 5 tentor . Beggiatoa .-—, f FANGO GALLEGGIANTE Assenza di pesci lex Eristalis Tubiiex SS A (E, Oscillatoria Melosira Ù ARE n Tx Ary siete sarai Pesci che si adattano iprinidi_a_ Ganoidi Chironomus Similium ® SA Sl SA LI . Spirogyra i Euglena ct ti SAT. CHIARA E FRESCA Popolazione ittica - normale Trichopte ra Mecoptera Li A Navicula Y Dinobr yon f î Ù UNO SCARICO DEVE RISPETTARE LE SEGUENTI CARATTERISTICHE a) sul corpo d’acqua diluente non siano visibili materie galleggianti (grassi e corpi solidi) che offendano l’occhio; b) che sia impedito il trascinamento sulle sponde o rive di sostanze putrescibili; c) che non si formino sul fondo banchi di fango i quali, accumulandosi nella stagione fredda e andando in putrefazione con l’elevarsi della temperatura, anche se nell’acqua sopra fluente il bilancio di ossigeno è positivo, possono dar luogo a gas moleodoranti capaci di raggiungere la superficie dell’acqua; d) che si abbia una dispersione del liquame nell’acqua recipiente con tale rapporto di diluizione da assicurare la completa ossidazione delle sostanze organiche, evitando in ogni modo la putrefazione; e) che il consumo di ossigeno richiesto da questa ossidazione non porti a un deficit di saturazione tale da rendere impossibile la vita dei pesci; f) che non si scarichino con le acque di fogna sostanze velenose (taluni scarichi industriali) capaci di condizionare la vita dei pesci o di altre specie affini (crostacei, ostriche, ecc.); g) che le acque del tratto di fiume o dello specchio di lago o di mare, in cui l’ossidazione non sia ancora completa o in cui possono trovarsi ancora germi patogeni addotti dal liquame, non vengano usate a scopi domestici, o per bagni, o per vivai di pesci o molluschi. D.O. = 14.652 – 0.41022T – 0.007991T2 - 0.000077774T3 D.O. = solubilità dell’ossigeno in mg/l T = temperatura in C° Per acqua distillata a pressione atmosferica La solubilità dell’ossigeno varia anche con il contenuto di sali Deficit di saturazione Sarà tanto maggiore quanto più intenso è il processo ossidativo delle sostanze inquinanti. La concentrazione a saturazione dell’ossigeno Cs nell’acqua è funzione della temperatura e della pressione. Si definisce Deficit: I fiumi caratterizzati da correnti veloci e poco profonde, favoriscono l’ossigenazione del corpo idrico e la diluizione degli inquinanti. D = Cs - Ci A T°costante, Cs diminuisce all’aumentare della salinità. Concentrazione di O2 in acqua: per T = 4 ÷25 °C, Cs ~ 10 mg/l Concentrazioni minime per la sopravvivenza della fauna ittica: • 5 mg/l per specie ittiche pregiate (ex. Salmonidi) • 4 mg/l per la maggior parte delle specie ittiche • 2 mg/l per le specie ittiche meno pregiate (ex. Ciprinidi) OSSIGENO MESSO A DISPOSIZIONE DALL’AMBIENTE La quantità di ossigeno che si scioglie dall’aria è proporzionale al deficit di saturazione (per ogni litro e per unità di tempo): D = deficit di saturazione t = tempo K2 = coefficiente di riossigenazione DL = coefficiente di diffusione (T = 20C° DL = 0.00000754 m2/h) A = superficie di separazione tra la massa liquida e l’aria (m2) yL = spessore del film di separazione tra il liquido e l’aria (m) W = volume globale dell’acqua (m3/h) k2 = DLA/(yLW) SE IL LIQUIDO È IN QUIETE - dD/dt = k2D LEGGE DI DIFFUSIONE CINETICO MOLECOLARE: LEGGE DI FICK La diminuzione di ossigeno disciolto nell’acque corrisponde alla quantità di ossigeno consumata nei processi di biodegradazione della sostanza inquinante BILANCIO - dB/dt = k1B = dD/dt In ogni istante si avrà un incremento di ossigeno (decremento del deficit) per l’azione di ossigenazione ed un decremento di ossigeno (aumento del deficit) a causa del consumo di ossigeno da parte delle sostanze biodegradabili. dD/dt = k1B – k2D Il deficit effettivo sarà dato dalla differenza tra la quantità di ossigeno consumata e la quantità di ossigeno acquisita mediante la riossigenazione ln B0/B = k1t B0 è il B.O.D. iniziale (t = 0) cioè al sito dell’inquinamento EQUAZIONE DI STREETER & PHELPS Tale equazione permette di ricavare (eguagliando a zero), in valore di tempo, il punto in cui si ha il massimo deficit dD/dt = k1B – k2D Integrando le espressioni precedenti D = k1B0/k2 – k1 (e-k1t - e-k2t) + D0e-k2t D0 è il deficit iniziale cioè a monte dell’inquinamento 20 40 60 80 100=%sat. Tempo o distanza Con riossigenazione La rappresentazione grafica dell’equazione di STREETER & PHELPS è data dalla curva, detta "curva a sacco" oppure "curva di autodepurazione“, in quanto rappresenta il fenomeno del consumo spontaneo del BOD apportato dallo scarico esterno. Si osserva un aumento del deficit fino al raggiungimento del valore massimo corrispondente al punto in cui nella curva si registra un flesso. Elementi necessari per conoscere lo stato di un corso d’acqua nel momento in cui viene introdotto uno scarico lurido sono: • B.O.D. iniziale del fiume e del liquame (alla T relativa) • D0 deficit iniziale di saturazione dell’ossigeno • k1 e k2 rispettivamente i coefficienti di deossigenazione e riossigenazione • la velocità media della corrente per poter trasformare i tempi in distanze. ATTENZIONE: nel modello non vengono considerate né le reazioni dovute al metabolismo della flora acquatica né gli scambi chimici con i sedimenti D = k1B0/k2 – k1 (e-k1t - e-k2t) + D0e-k2t I valori finali di D per ogni tronco sono da assumersi come valori iniziali e dai valori finali di B si determina il valore finale combinato con i valori di B.O.D. dei successivi scarichi. Mahr riunì i valori medi dei coefficienti di riossigenazione attraverso rilievi diretti in fiumi e specchi di acqua ed espressi in g per m2 di superficie e per giorno di ossigeno ridisciolto nell’acqua del fiume Nel diagramma vengono segnati i valori limite entro cui varia il coeff. a detto velocità di dissoluzione dell’ossigeno ossia varia al variare della concentrazione di ossigeno esistente (% della saturazione) Calcolo speditivo per la verifica della compatibilità di uno scarico Nella zona tratteggiata è presumibilmente contenuto il valore di “a” S = quantità di ossigeno che satura l’acqua alla temperatura del fiume (p.p.m.) D = massimo deficit di ossigeno accettabile (p.p.m.) M = S – D = minimo contenuto di ossigeno che si vuole assicurare DATI: B.O.D. a 5gg a 20°C = D * f Si calcola il massimo B.O.D. a 5gg a 20°C a valle dello scarico I valori di x (giorni) sono il tempo occorrente, nel caso di limite superiore, per raggiungere il minimo contenuto di ossigeno (max deficit) Se si scarica in un fiume poco inquinato (caso limite superiore), supposto: T = 15°; D = 6 p.p.m.; B = 350 p.p.m. f*D Diluizione B/f*D V m/s Max Deficit (distanza: km) Acque stagnanti 12 30 Normale 24 15 1 250=1*3*86.4 Veloce 32 11 Torrente 150 2 3 150=3*0.6*86.4 Qualunque sia il procedimento che si adotti, la temperatura dell’acqua riveste un ruolo importante: • se la velocità di scomposizione delle sostanze organiche diminuisce più rapidamente della velocità di riossigenazione, il deficit di ossigeno sarà meno risentito in inverno che in estate • in inverno la depurazione interessa un tratto molto più lungo I livelli di qualità dei liquami da sversare in qualsiasi corpo idrico sono fissati indipendentemente dal bilancio dell’ossigeno e governati dalle leggi vigenti in materia. Bisogna però verificare che i valori fissati siano comunque compatibili con il corso d’acqua