ปลานับล้านตัวตายในแอ่งน้ำ Murray Darling เนื่องจากระดับออกซิเจนลดลงเนื่องจากการผลิของสาหร่ายขนาดใหญ่ ผู้เชี่ยวชาญเตือนว่าอาจพบผู้เสียชีวิตจำนวนมากขึ้นในสัปดาห์นี้ ชี้ให้เห็นถึงการจัดการน้ำที่ย่ำแย่หลังจากภัยแล้งมาเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม การตายของปลาจำนวนมากอาจเกิดจากน้ำท่วมและแม้แต่น้ำเน่าเสีย ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันดีในหมู่วิศวกรคุณภาพน้ำ เราเรียกว่า “ ความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี ” เพื่อให้เข้าใจ เราต้องพูดถึงชีววิทยาเล็กน้อยและเคมีเล็กน้อย
โมเลกุลของออกซิเจนละลายในน้ำในลักษณะเดียวกับที่น้ำตาล
ละลายในน้ำ เมื่อละลายแล้ว คุณจะมองไม่เห็นมัน (และออกซิเจนไม่มีรสต่างจากน้ำตาล)
ปริมาณออกซิเจนสูงสุดที่คุณสามารถละลายในน้ำได้นั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงอุณหภูมิของน้ำ ความกดอากาศโดยรอบ และความเค็ม แต่โดยคร่าว ๆ ปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำได้สูงสุดหรือที่เรียกว่า “ความเข้มข้นของความอิ่มตัว” โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 7-10 มิลลิกรัมของออกซิเจนต่อน้ำหนึ่งลิตร (7-10 มิลลิกรัม/ลิตร)
ออกซิเจนที่ละลายน้ำนี้คือสิ่งที่ปลาใช้ในการหายใจ ปลาเอาน้ำเข้าทางปากและบังคับผ่านเหงือก เหงือกก็เหมือนกับปอดของเราที่เต็มไปด้วยหลอดเลือด เมื่อน้ำผ่านผนังบางๆ ของเหงือก ออกซิเจนที่ละลายอยู่จะถูกถ่ายโอนเข้าสู่กระแสเลือดและส่งต่อไปยังเซลล์ของปลา ยิ่งความเข้มข้นของออกซิเจนในน้ำสูงเท่าใด การถ่ายโอนนี้จะเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้นเท่านั้น
เมื่อเข้าไปในเซลล์แล้ว โมเลกุลของออกซิเจนจะมีบทบาทสำคัญในกระบวนการ “หายใจแบบใช้ออกซิเจน” ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์ที่อุดมด้วยพลังงาน เช่น น้ำตาล คาร์โบไฮเดรต และไขมัน เพื่อแตกตัวและปลดปล่อยพลังงานให้กับเซลล์ ของเสียหลักจากกระบวนการนี้คือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) นี่คือเหตุผลที่เราทุกคนจำเป็นต้องหายใจเอาออกซิเจนเข้าไป และเราหายใจเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ปลาก็ทำเช่นกัน วิธีง่ายๆ ในการแสดงสิ่งนี้คือ:
สารอินทรีย์ + ออกซิเจน→คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + พลังงาน
เช่นเดียวกับปลาและคน แบคทีเรียจำนวนมากได้รับพลังงานจากกระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ตามปฏิกิริยาเคมีอย่างง่ายที่แสดงไว้ด้านบน ดังนั้นหากมีสารอินทรีย์ในทางน้ำ แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในทางน้ำนั้นก็สามารถบริโภคได้ นี่เป็นกระบวนการสำคัญของ “การย่อยสลายทางชีวภาพ” และเป็นเหตุผลที่โลกของเราไม่ถูกทิ้งเกลื่อนไปด้วยซากสัตว์ที่ตายไปแล้วเป็นเวลาหลายพันปี แต่การย่อยสลายทาง
ชีวภาพในรูปแบบนี้ยังใช้ออกซิเจนซึ่งมาจากออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
แม่น้ำสามารถเติมออกซิเจนได้จากการสัมผัสกับอากาศ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างช้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากน้ำนิ่ง (การไหลจะสร้างความปั่นป่วนและผสมออกซิเจนมากขึ้น) ดังนั้นหากมีสารอินทรีย์จำนวนมากและแบคทีเรียกำลังกินอาหาร ความเข้มข้นของออกซิเจนในแม่น้ำจะลดลงทันที
เห็นได้ชัดว่า “สารอินทรีย์” อาจรวมถึงสิ่งต่างๆ มากมาย เช่น น้ำตาล ไขมัน และโปรตีน โมเลกุลบางชนิดมีพลังงานมากกว่าโมเลกุลอื่นๆ และบางโมเลกุลก็ช่วยให้แบคทีเรียย่อยสลายได้ง่ายกว่า ดังนั้นปริมาณของการหายใจแบบใช้ออกซิเจนที่จะเกิดขึ้นจึงขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีที่แน่นอนของสารอินทรีย์ ตลอดจนความเข้มข้นของสารอินทรีย์
ดังนั้น แทนที่จะอ้างถึงความเข้มข้นของ “สารอินทรีย์” เรามักจะอ้างถึงสิ่งที่สำคัญจริงๆ นั่นคือ ปริมาณการหายใจแบบใช้ออกซิเจนที่สารอินทรีย์สามารถกระตุ้นได้ และปริมาณออกซิเจนที่จะทำให้ร่างกายบริโภคเข้าไป นี่คือสิ่งที่เราเรียกว่าความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี (BOD) และเรามักจะแสดงเป็นความเข้มข้นในรูปของมิลลิกรัมของออกซิเจนต่อน้ำหนึ่งลิตร (มก./ลิตร)
เช่นเดียวกับเรา แบคทีเรียไม่กินอาหารทั้งหมดที่มีให้ในทันที พวกมันกินมันเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นการย่อยสลายทางชีวภาพจึงอาจใช้เวลาหลายวันหรือนานกว่านั้น ดังนั้น เมื่อเราวัดค่า BOD ของตัวอย่างน้ำที่ปนเปื้อน เราจำเป็นต้องประเมินปริมาณออกซิเจนที่ใช้ไป (ต่อน้ำหนึ่งลิตร) ในระยะเวลาที่กำหนด ระยะเวลามาตรฐานโดยปกติคือห้าวัน และเราเรียกค่านี้ว่า BOD5 (มก./ลิตร)
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ น้ำสะอาดอาจมีความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายน้ำได้ประมาณ 7-10 มก./ลิตรเท่านั้น ดังนั้นหากเราเพิ่มสารอินทรีย์ในความเข้มข้นที่มี BOD5 สูงกว่านี้ เราสามารถคาดหวังได้ว่าสารอินทรีย์นั้นจะทำให้ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในบรรยากาศหมดไปในช่วงห้าวันข้างหน้า
อ่านเพิ่มเติม: พวกเราจำนวนมากกำลังดื่มน้ำเสียที่นำกลับมาใช้ใหม่มากกว่าที่คนส่วนใหญ่ตระหนัก
ปรากฏการณ์นี้เป็นสาเหตุหลักที่คิดค้นการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ น้ำเสียเทศบาลดิบ (ไม่ผ่านการบำบัด) สามารถมี BOD5 ได้ตั้งแต่ 300-500 มก./ลิตร หากปล่อยลงสู่ทางน้ำสะอาด ออกซิเจนพื้นฐานทั่วไปที่ระดับ 7-10 มก./ลิตร จะถูกใช้ไป ทำให้ปลาหรือสิ่งมีชีวิตในน้ำอื่นๆ ไม่มี
ดังนั้น จุดประสงค์ของการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพก็คือการเพิ่มจำนวนแบคทีเรียในถังบำบัดน้ำเสียขนาดใหญ่ และให้ออกซิเจนที่เพียงพอแก่พวกมันเพื่อการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ในการทำเช่นนี้ อากาศสามารถถูกทำให้เป็นฟองผ่านทางสิ่งปฏิกูล หรือบางครั้งอาจใช้เครื่องเติมอากาศที่ผิวน้ำเพื่อปั่นสิ่งปฏิกูล
ด้วยการจ่ายออกซิเจนในปริมาณมาก เรามั่นใจว่า BOD5 จะถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่สิ่งปฏิกูลยังคงอยู่ในถัง ก่อนที่จะปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม สิ่งปฏิกูลที่ผ่านการบำบัดอย่างดีอาจมี BOD5 ต่ำถึง 5 มก./ลิตร ซึ่งสามารถเจือจางเพิ่มเติมได้เมื่อปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม
ในกรณีของแม่น้ำดาร์ลิง สาหร่ายมีการสร้างภาระ BOD สูง ซึ่งจะตายเมื่ออุณหภูมิลดลง นี่เป็นงานเลี้ยงของแบคทีเรีย ทำให้ออกซิเจนลดลง ซึ่งส่งผลให้ปลาหลายแสนตัวตาย ตอนนี้ หากเราไม่ทำความสะอาดแม่น้ำ ปลาที่เน่าเปื่อยเหล่านั้นอาจกลายเป็นอาหารสำหรับแบคทีเรียอีกรอบ ทำให้เกิดเหตุการณ์ลดออกซิเจนครั้งที่สอง
แนะนำ 666slotclub / hob66
