OSSIGENO DISCIOLTO

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Che cos'è l'ossigeno disciolto (DO)?  

L'ossigeno disciolto è una misura della quantità di ossigeno gassoso contenuta nell'acqua. Le acque sane in grado di sostenere la vita devono contenere ossigeno disciolto (DO).

L'ossigeno disciolto entra nell'acqua tramite:

  • assorbimento diretto dall'atmosfera.
  • movimento rapido dovuto a venti, onde, correnti o aerazione meccanica.
  • fotosintesi ad opera della flora acquatica come sottoprodotto di tale processo.

Fattori che contribuiscono alla concentrazione di ossigeno disciolto nell'acqua:

  • Pressione atmosferica: una pressione atmosferica più elevata consente ai corpi idrici di trattenere più ossigeno disciolto. La pressione esercitata dall'alto consente all'acqua di trattenere più molecole di ossigeno. Pertanto, le concentrazioni di DO sono normalmente più basse ad altitudini più elevate a causa della pressione atmosferica più bassa.
  • Temperatura: un corpo idrico a temperatura più bassa può contenere più ossigeno disciolto perché le molecole di ossigeno sono meno mobili. La maggiore mobilità delle molecole di ossigeno in acqua più calda permette loro di fuoriuscire dall'acqua e passare nell'aria.
  • Profondità dell'acqua: più bassa è l'acqua, maggiore è la concentrazione di DO perché il vento che crea onde sulla superficie aumenta il DO, così come le piante acquatiche che vivono in acque poco profonde e molto luminose creano DO come sottoprodotto della fotosintesi.
  • Salinità: una salinità inferiore contribuisce a una concentrazione più elevata di DO perché i sali influenzano la solubilità dei gas, in pratica facendoli fuoriuscire dall'acqua.
  • Bioattività: una minore bioattività dei microrganismi in acqua incrementa la concentrazione di DO, perché i microrganismi che si nutrono di sostanze organiche e di materia in decomposizione utilizzano ossigeno per respirare.

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Perché monitorare l'ossigeno disciolto?

La misura dell'ossigeno disciolto nell'acqua e il trattamento per mantenere livelli adeguati di DO sono funzioni cruciali in una varietà di applicazioni di trattamento delle acque. Anche se l'ossigeno disciolto è necessario per supportare la vita e i processi di trattamento, può anche essere dannoso, causando ossidazione che danneggia gli strumenti e compromette il prodotto. L'ossigeno disciolto influisce su:

  • Qualità: la concentrazione di DO determina la qualità dell'acqua di sorgente. In assenza di una quantità sufficiente di DO, l'acqua diventa sgradevole e malsana e influenza la qualità dell'ambiente, dell'acqua potabile e di altri prodotti.

  • Conformità normativa: per il rispetto delle normative, le acque reflue spesso devono avere determinate concentrazioni di DO prima di poter essere scaricate in ruscelli, laghi, fiumi o canali. Le acque sane in grado di sostenere la vita devono contenere ossigeno disciolto.

  • Controllo dei processi: i livelli di DO sono fondamentali per controllare il trattamento biologico delle acque reflue, nonché la fase di biofiltrazione della produzione di acqua potabile. In alcune applicazioni industriali (ad es. produzione di energia elettrica) qualsiasi livello di DO è dannoso per la generazione di vapore e deve essere rimosso e le sue concentrazioni devono essere rigorosamente controllate.

Hach ®, è in grado di offrirti gli strumenti di analisi, le risorse, la formazione e il software necessari per monitorare e gestire con successo i livelli di ossigeno disciolto nella tua specifica applicazione.

Prodotti in primo piano per il monitoraggio dell'ossigeno disciolto

Sensori di ossigeno disciolto a luminescenza LDO 2 sc

La sonda per ossigeno disciolto a luminescenza (LDO) di nuova generazione di Hach non richiede taratura per i 2 anni di vita utile del cappuccio del sensore ed è subito pronta all'uso per misurare il valore DO nell’intervallo 0 - 20 ppm.

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Misuratori portatili serie HQ

La serie HQ è destinata agli operatori della qualità dell'acqua che desiderano eseguire analisi elettrochimiche in laboratorio e sul campo.

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Serie HQ/Misuratori HQD/Sonde Intellical

I misuratori HQD da laboratorio, resistenti e di lunga durata, sono progettati per fornire agli operatori del settore delle acque potabili e reflue la più grande affidabilità e versatilità.

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Sonde Intellical

Le sonde Red Rod offrono prestazioni e tempi di risposta eccezionali in un'ampia gamma di tipi di campioni in laboratorio. Le resistenti sonde per uso esterno in acciaio inox sono estremamente pratiche per le analisi in loco nell'intervallo 0,05 - 20 ppm.

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Sensori di ossigeno Orbisphere K1100/K1200

I sensori Orbisphere K1100 e K1200 sono sensori LDO ottici esenti da manutenzione progettati per il monitoraggio dell'ossigeno nelle centrali elettriche e in altre applicazioni a range basso (0 - 2 ppm) e alto (0 - 40 ppm).

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Sensori di ossigeno Orbisphere M1100

Il sensore ottico Orbisphere M1100, abbinato al controller (monocanale) Orbisphere® 410 e al controller (multicanale) Orbisphere 510, offre una nuova possibilità di monitoraggio dell'ossigeno nei processi di produzione di bevande e in altre applicazioni a range basso (0 - 2 ppm) e alto (0 - 40 ppm).

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Sensori di ossigeno disciolto 9582 sc

I sensori elettrochimici di ossigeno disciolto 9582 sc sono progettati per misure a livello ppb in acqua ultrapura, in acqua di caldaia e condensati. Sono parte integrante di un sistema di analisi dell'acqua completo sviluppato per il settore energetico.

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Sensori di ossigeno Orbisphere GA2x00

I sensori di ossigeno (O2) elettrochimici (EC) Orbisphere GA2400/GA2800 EX sono progettati per il monitoraggio di processo e le analisi di laboratorio in fase liquida o gassosa.

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Quali processi richiedono il monitoraggio dell'ossigeno disciolto?

Trattamento delle acque reflue

L'acqua affluente in ingresso in uno stabilimento ha solitamente una bassa concentrazione di DO perché contiene sostanze organiche e microrganismi, che consumano ossigeno nutrendosi delle sostanze organiche.

Il monitoraggio del DO aiuta a promuovere l'efficienza dei bacini di aerazione. Utilizzando gli strumenti per la misura del DO online, uno stabilimento può ridurre i costi energetici regolando l'aerazione in base al DO richiesto dal carico organico. La misura e la regolazione continue assicurano che i microrganismi dispongano di una quantità di ossigeno sufficiente per consumare sostanze organiche, consentendo allo stabilimento di risparmiare energia riducendo l'aerazione quando possibile. 

I livelli di DO devono essere ripristinati nelle acque effluenti in uscita dallo stabilimento per soddisfare i requisiti del livello minimo di DO necessario a proteggere gli ecosistemi e rispettare i permessi di scarico normativi. Queste normative garantiscono che l'acqua effluente non esaurisca i livelli di ossigeno nei corsi d'acqua riceventi.

Questo bacino di equalizzazione è un passo importante nel trattamento delle acque. Il monitoraggio dell'ossigeno disciolto garantisce che l'acqua dell'effluente contenga una quantità sufficiente di ossigeno disciolto.

Generazione di vapore industriale

Poiché il DO causa la corrosione degli strumenti, ottenere un valore DO minimo o nullo può prevenire perdite, guasti e arresti.

Le torri di raffreddamento emettono vapore nell'atmosfera. L'ossigeno disciolto è essenziale per monitorare il trattamento delle acque industriali al fine di evitare danni causati dalla corrosione.

Trattamento delle acque potabili

Il monitoraggio del DO e della temperatura dell'acqua di sorgente può fornire un allarme tempestivo per l'aumento stagionale della concentrazione di manganese. Alti livelli di DO accelerano la corrosione nei tubi dell'acqua. Livelli bassi di DO possono causare un aumento della concentrazione di ferro ferroso, con conseguente scolorimento al rubinetto quando l'acqua è aerata.

È importante mantenere una concentrazione equilibrata di DO nell'acqua trattata scaricata nel sistema di distribuzione. Un DO bilanciato può migliorare il gusto dell'acqua potabile.

Un bicchiere d'acqua trasparente ricorda l'importanza di monitorare l'acqua potabile per la presenza di sostanze chimiche invisibili.

Industria delle bevande

Le aziende che operano nel settore delle bevande analcoliche stabiliscono standard di qualità per i livelli di DO al fine di stabilizzare il gusto, garantire la durata a magazzino ed evitare la corrosione nelle lattine confezionate.

I birrifici monitorano il DO perché la fermentazione richiede ossigenazione. Tuttavia, per l'imbottigliamento, sono necessari bassi livelli di DO per migliorare la durata a magazzino e stabilizzare gusto/odore. ( Soluzioni per analisi, test e misura delle bevande)

I produttori di vino mantengono un basso contenuto di DO aggiungendo solfiti al prodotto per prevenire l'ossidazione, la perdita di aroma, la decolorazione, il rapido invecchiamento e la crescita di microrganismi.

I produttori di succhi mantengono un basso livello di DO per garantire la stabilità del sapore.

Bottiglie di vetro movimentate attraverso un impianto di produzione di bevande. Il monitoraggio dell'ossigeno disciolto è importante per la gestione della qualità del prodotto.

Acquacoltura

Negli acquari e nelle aziende di allevamento ittico è necessario un livello minimo di DO pari a 4,5 mg/L per supportare la vita dei pesci. Un eccesso di DO può favorire l'insorgere di malattie.

Le gabbie a rete dell'acquacoltura trattengono i frutti di mare d'allevamento. I pesci necessitano di ossigeno disciolto in acqua, ma un eccesso può causare malattie.

Monitoraggio ambientale

In assenza di un'adeguata concentrazione di DO, un corpo idrico può essere soggetto a ipossia, una condizione in cui l'ossigeno presente non è sufficiente a sostenere la vita acquatica.

Fiumi come questo richiedono ossigeno disciolto per sostenere la vita acquatica. Una quantità insufficiente di ossigeno disciolto porta all'ipossia.

Come viene monitorato l'ossigeno disciolto?

Poiché il DO è un gas disciolto, deve essere misurato in loco, idealmente nel corpo idrico. Il prelievo di un campione istantaneo introduce ossigeno atmosferico e variazioni di temperatura che interferiscono con la precisione della misura.


Sensore Intellical LDO101 a luminescenza/ottico per ossigeno disciolto (DO) per laboratorio di Hach, cavo da 1 m

Elettrodi

Poiché il DO è un gas disciolto, deve essere misurato in loco, idealmente nel corpo idrico. Il prelievo di un campione istantaneo introduce ossigeno atmosferico e variazioni di temperatura che interferiscono con la precisione della misura.

Sensori ottici

Questo metodo utilizza luce e materiale luminescente per misurare il DO. Questi elettrodi richiedono meno manutenzione, mantengono la taratura, non sono influenzati dal solfuro di idrogeno o da altri gas disciolti. Offrono accuratezza, stabilità e riproducibilità con tempi di risposta rapidi.

Sensori elettrochimici

Questo metodo utilizza elettrodi di tipo galvanico o Clark (anodo e catodo in una soluzione elettrolitica) per misurare il DO. Per garantire l'accuratezza, gli elettrodi richiedono una taratura frequente e i campioni di acqua devono essere agitati delicatamente.


Fiale AccuVac® per ossigeno disciolto di Hach, LR, 25 pz

Metodo colorimetrico

Il carminio di indaco reagisce con il DO nell'acqua producendo un colore blu proporzionale alla concentrazione di DO. Il colore blu può essere visivamente confrontato con un grafico o letto con un colorimetro o uno spettrofotometro. Questo metodo è portatile e adatto per l'uso sul campo, ma presenta limitazioni. L'acqua deve essere trasparente e priva di particelle.


Kit per test di ossigeno disciolto di Hach, modello OX-2P

Titolazione Winkler

Questo metodo viene eseguito aggiungendo sostanze chimiche (manganese, ioduro e idrossido) a campioni di acqua per creare una reazione con il DO che forma una soluzione acida. La quantità di reagente alcalino necessaria per neutralizzare l'acido mediante titolazione indica la quantità di DO presente nel campione d'acqua originale. Sebbene sia considerato un metodo tradizionale in alcune aree, è dispendioso in termini di tempo e soggetto a errori umani. Per questo metodo non esiste strumentazione Hach.

Domande frequenti

In che modo il monitoraggio del DO può far risparmiare sui costi dell'impianto di trattamento?

Fino al 70% del budget energetico di un impianto di trattamento delle acque reflue viene speso per alimentare il sistema di aerazione. Per anni, questi sistemi di aerazione sono stati controllati modificando manualmente il setpoint del flusso d'aria, le posizioni della valvola o la velocità del motore, poiché i sensori DO a membrana erano inaffidabili. Tramite LDO i sistemi possono controllare automaticamente l'aerazione fino a un determinato setpoint DO, consentendo ai soffianti di rispondere al carico in tempo reale e di risparmiare dal 30 al 60% dei costi energetici.

Perché il DO è importante?

L'ossigeno disciolto è necessario a molte forme di vita tra cui pesci, invertebrati, batteri e piante. Questi organismi usano ossigeno nella respirazione, come gli organismi terrestri. I pesci e i crostacei ottengono ossigeno per la respirazione attraverso le branchie, mentre la flora e il fitoplancton richiedono ossigeno disciolto per la respirazione in assenza di luce per la fotosintesi. La quantità di DO necessaria varia da creatura a creatura. Pesci di fondo, granchi, ostriche e vermi hanno bisogno di quantità minime di ossigeno (1 - 6 mg/L), mentre i pesci di acque poco profonde ne richiedono livelli più elevati (4 - 15 mg/L). Anche batteri e funghi necessitano di ossigeno disciolto. Questi organismi usano il DO per decomporre il materiale organico sul fondo di un corpo idrico. La decomposizione microbica fornisce un contributo importante al ciclo dei nutrienti. Tuttavia, se vi è un eccesso di materiale organico in decomposizione (da alghe morenti e altri organismi) in un corpo d'acqua con poco o nessun rimescolamento (noto anche come stratificazione), l'ossigeno nei livelli d'acqua più profondi verrà consumato più rapidamente.

Cos'è la saturazione DO?

In un corpo idrico stabile senza stratificazione, il DO disciolto rimane al 100% di saturazione in aria. La saturazione in aria al 100% significa che l'acqua trattiene il massimo numero possibile di molecole di gas in condizioni di equilibrio. All'equilibrio, la percentuale di ciascun gas nell'acqua sarebbe equivalente alla percentuale di tale gas nell'atmosfera, nota come pressione parziale del gas. L'acqua assorbe lentamente l'ossigeno e gli altri gas dall'atmosfera fino a raggiungere l'equilibrio a saturazione completa. Questo processo viene accelerato dall'aerazione. È possibile che tramite mezzi biologici il DO in acqua superi la saturazione in aria al 100%.

Quali sono gli effetti della pressione sulla solubilità dell'ossigeno?

La concentrazione di ossigeno disciolto aumenta all'aumentare della pressione, sia atmosferica che idrostatica. Pertanto, alle altitudini più basse l'acqua può contenere più DO rispetto alle altitudini superiori. Questa relazione spiega anche il potenziale di "ipersaturazione" delle acque al di sotto del termoclino. A pressioni idrostatiche più alte l'acqua può trattenere più DO senza che fuoriesca e, quindi, imporre una minore saturazione DO alla stessa concentrazione. A causa della pressione idrostatica, la saturazione del gas diminuisce del 10% circa per ogni metro di aumento della profondità, nell’ipotesi che la temperatura sia costante. Ciò significa che il DO alla stessa concentrazione può essere alla saturazione in aria del 100% sulla superficie ma solo al 70% tre metri sotto la superficie.

Che cosa influisce solubilità DO?

Due corpi idrici entrambi saturi d'aria al 100% non hanno necessariamente la stessa concentrazione di DO. La quantità di ossigeno disciolto (in mg/L) varia a seconda della temperatura, della pressione e della salinità.