Samenvatting Waterkwaliteit
tentamenstof
Aquatische ecologie
Hoofdstuk 2 – De fysisch-chemische basis
Paragraaf 2.6
Eigenschap van water: er kunnen veel stoffen in oplossen.
- Polaire stoffen
Samenstelling van in natuur voorkomend water varieert door:
- Contact van grondwater met gesteenten en bodems: contacttijd
- Wisselwerking met de atmosfeer (regenval en verdamping)
- De (natuurlijke) belasting met blad
- Afspoeling van bodems
- Erosie
- Sedimentatie
- Processen die in het water zelf optreden
- De mens
Saliniteit
Saliniteit = de totale concentratie aan ionen in het water.
- Wordt bijna volledig bepaald door de kationen Ca 2+, Mg2+, Na+ en K+ en de
anionen HCO3-, CO32-, SO42- en Cl-. Deze in hoge concentratie voorkomende
ionen = macro-ionen.
- Weinig organismen kunnen hoge ionenconcentraties verdragen.
SiO2, NO3-, NH4+ en PO43- hebben weinig invloed op de saliniteit, maar zijn van
groot belang voor waterplanten.
Gesteenten:
- Niet-silicaten = steenzout of haliet (NaCl), gips (CaSO 4), calciet (CaCO3) en
dolomiet (MgCa(CO3)2). Belangrijke ionenbronnen.
- Silicaten kunnen een bron van ionen zijn.
Grondwater kan een belangrijke bron van saliniteit zijn.
Neerslag: de atmosfeer ontvangt materiaal via verschillende wegen. Het
merendeel hiervan komt met neerslag op aarde terug.
In geïsoleerde wateren kan de balans tussen verdamping en atmosferische
neerslag de saliniteit behoorlijk beïnvloeden.
1
, - Verdamping leidt tot toenemende ionenconcentraties doordat alleen het
water verdampt en de ionen achterblijven.
- Afhankelijk van het oplosbaarheidsproduct kunnen zouten neerslaan en
gedeeltelijk uitkristalliseren.
- Zodra het waterpeil stijgt, lossen ze langzaam op.
- Snelle peilstijging veroorzaakt zo een aanzienlijke verdunning.
Het elektrisch geleidingsvermogen (EGV) van water is een maat voor de
hoeveelheid opgeloste stoffen (zouten) in dat water.
- EGV kan variëren van 50 (zoet) tot 4000 (zout) μS/cm
Zuurstof en koolstofdioxide
De oplosbaarheid van zuurstof is afhankelijk van:
- De O2-concentratie in de lucht
- De luchtdruk (bij hoge luchtdruk meer zuurstof in water oplosbaar dan bij
lage)
- De temperatuur (bij stijgende T neemt oplosbaarheid van zuurstof op niet-
lineaire wijze af)
- De zoutconcentratie (hoe hoger het zoutgehalte, hoe minder zuurstof in
water oplost)
Convectiestromen ontstaan doordat ’s nachts het zuurstofrijke water aan het
oppervlak afkoelt, hierdoor zwaarder wordt en zinkt.
De concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer is veel lager dan de
zuurstofconcentratie.
Atmosferische CO2 komt in het oppervlaktewater terecht via diffusie of opgelost
via neerslag.
CO2 is beter oplosbaar in water dan zuurstof, maar het verplaatst zich erg
langzaam.
Koolzuur kan in 4 vormen in water voorkomen:
1. CO2
2. H2CO3
3. HCO3-
4. CO32-
CO2 + H2O ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2 H+ + CO32-
Beneden pH 5 is voornamelijk CO2 aanwezig, bij pH 8 vooral HCO3-.
Organisch materiaal
Organisch materiaal bestaat uit alle levende organismen en al het van deze
organismen afkomstige dode materiaal.
Dood organisch materiaal
2
, - Zwevend organisch materiaal
- Opgelost organisch materiaal
Volledige afbraak van organisch materiaal leidt tot CO2 en water.
Tussenproducten zijn humuszuren en fulvinezuren.
Afbraak van OM onttrekt zuurstof aan het water.
Nutriënten
Nutriënten of voedingsstoffen zijn chemische elementen waarvan bekend is dat
ze essentieel zijn voor de groei en het functioneren van levende organismen. Vb.
stikstof (N) en fosfor (P).
Limiteren in lage concentratie de groei van waterplanten.
Voedselarm (oligotroof). Voedselrijk (eutroof).
Paragraaf 2.7
Stroming en menging
Hoeveel van een stof (de concentratie) zich op een bepaalde plaats en tijd in het
oppervlaktewater bevindt, hangt af van de stroming en menging.
Als water stroomt, worden de opgeloste en zwevende deeltjes verplaatst.
Wind is meestal de drijvende kracht -> advectie of advectief transport. Het
meeliften van vervuiling in het water.
Turbulentie = min of meer circulerende bewegingen in het water, die op allerlei
schalen en in alle richtingen optreden. Ontstaan door wrijving langs
grensvlakken.
- Draagt eraan bij dat een aan de oever geloosde verontreiniging zich
stroomafwaarts geleidelijk over de dwarsdoorsnede verdeelt.
o Effect: menging of verdunning van deeltjes -> dispersie of
dispersief transport.
Sedimentatie
Vindt plaats bij deeltjes met een grotere dichtheid dan het water, m.u.v.
algensoorten die hun drijfvermogen kunnen regelen of kunnen zwemmen, zinken
alle deeltjes die zwaarder zijn dan water voortdurend naar de bomen.
- Leidt tot accumulatie in sedimenten.
De uiteindelijke concentratieverdeling van de deeltjes hangt af van de
verhouding tussen de sedimentatie- en de resuspensieflux.
Resuspensie
Gesuspendeerde deeltjes leveren de grootste bijdrage aan de troebeling van
rivieren en meren.
3
, Opwerveling of resuspensie van deeltjes wordt veroorzaakt door waterbeweging
langs het grensvlak watersediment, die veroorzaakt wordt door een ‘sleepkracht’
ofwel schuifspanning.
Of de waterbeweging tot resuspensie van deeltjes leidt, hangt af van de snelheid
van de stroming en van de eigenschappen van het sediment.
Deeltje zal pas in resuspensie gaan als de schuifspanning groot genoeg is om het
deeltje mee te nemen.
De kracht waarbij een deeltje juist resuspendeert, is de kritische
schuifspanning; deze verschilt per deeltje en wordt onder andere bepaald door
de vorm, grootte en massa ervan.
Het continue proces van sedimentatie en resuspensie bepaalt in ondiepe meren
de concentratie van gesuspendeerd materiaal.
Hoe ondieper een meer, hoe sneller deze cyclus wordt doorlopen.
Door golven ontstaan horizontale bewegingen langs de bodem die resuspensie
kunnen veroorzaken.
Hoe ondieper het water is, hoe sterker de maximale stroming langs de bodem bij
een bepaalde golflengte wordt.
Resuspensie treedt op als de golven de bodem raken, en dat gebeurt als de
golflengte langer is dan twee keer de diepte van het meer.
Golflengte hangt vrijwel lineair samen met windsnelheid.
Optreden van resuspensie door golven afhankelijk van:
- Grootte van het meer (grotere meren gevoeliger dan kleinere meren)
- Diepte van het meer (diepe meren minder gevoelig dan ondiepe meren)
- Onderbreking van de strijklengte (bijv. door dijken, legakkers, eilanden en
helofytenbegroeiing)
Adsorptie en absorptie
Adsorptie en absorptie zijn fysisch-chemische processen, waarbij opgeloste
stoffen óf zich hechten aan het oppervlak van deeltjes (adsorptie) óf in die vaste
deeltjes als het ware oplossen (absorptie).
Oorzaken:
- Chemische aantrekkingskrachten
- Elektrostatische aantrekkingskrachten
- Mate van polariteit die de oplosbaarheid in water bepaald
De weinig polaire organische microverontreinigingen zijn slecht oplosbaar en
neigen ertoe om zich vooral te hechten aan de in het water aanwezige
organische deeltjes.
Zware metalen hechten zich vooral aan metaaloxiden, maar ook aan OS en
lutum/silt.
4
tentamenstof
Aquatische ecologie
Hoofdstuk 2 – De fysisch-chemische basis
Paragraaf 2.6
Eigenschap van water: er kunnen veel stoffen in oplossen.
- Polaire stoffen
Samenstelling van in natuur voorkomend water varieert door:
- Contact van grondwater met gesteenten en bodems: contacttijd
- Wisselwerking met de atmosfeer (regenval en verdamping)
- De (natuurlijke) belasting met blad
- Afspoeling van bodems
- Erosie
- Sedimentatie
- Processen die in het water zelf optreden
- De mens
Saliniteit
Saliniteit = de totale concentratie aan ionen in het water.
- Wordt bijna volledig bepaald door de kationen Ca 2+, Mg2+, Na+ en K+ en de
anionen HCO3-, CO32-, SO42- en Cl-. Deze in hoge concentratie voorkomende
ionen = macro-ionen.
- Weinig organismen kunnen hoge ionenconcentraties verdragen.
SiO2, NO3-, NH4+ en PO43- hebben weinig invloed op de saliniteit, maar zijn van
groot belang voor waterplanten.
Gesteenten:
- Niet-silicaten = steenzout of haliet (NaCl), gips (CaSO 4), calciet (CaCO3) en
dolomiet (MgCa(CO3)2). Belangrijke ionenbronnen.
- Silicaten kunnen een bron van ionen zijn.
Grondwater kan een belangrijke bron van saliniteit zijn.
Neerslag: de atmosfeer ontvangt materiaal via verschillende wegen. Het
merendeel hiervan komt met neerslag op aarde terug.
In geïsoleerde wateren kan de balans tussen verdamping en atmosferische
neerslag de saliniteit behoorlijk beïnvloeden.
1
, - Verdamping leidt tot toenemende ionenconcentraties doordat alleen het
water verdampt en de ionen achterblijven.
- Afhankelijk van het oplosbaarheidsproduct kunnen zouten neerslaan en
gedeeltelijk uitkristalliseren.
- Zodra het waterpeil stijgt, lossen ze langzaam op.
- Snelle peilstijging veroorzaakt zo een aanzienlijke verdunning.
Het elektrisch geleidingsvermogen (EGV) van water is een maat voor de
hoeveelheid opgeloste stoffen (zouten) in dat water.
- EGV kan variëren van 50 (zoet) tot 4000 (zout) μS/cm
Zuurstof en koolstofdioxide
De oplosbaarheid van zuurstof is afhankelijk van:
- De O2-concentratie in de lucht
- De luchtdruk (bij hoge luchtdruk meer zuurstof in water oplosbaar dan bij
lage)
- De temperatuur (bij stijgende T neemt oplosbaarheid van zuurstof op niet-
lineaire wijze af)
- De zoutconcentratie (hoe hoger het zoutgehalte, hoe minder zuurstof in
water oplost)
Convectiestromen ontstaan doordat ’s nachts het zuurstofrijke water aan het
oppervlak afkoelt, hierdoor zwaarder wordt en zinkt.
De concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer is veel lager dan de
zuurstofconcentratie.
Atmosferische CO2 komt in het oppervlaktewater terecht via diffusie of opgelost
via neerslag.
CO2 is beter oplosbaar in water dan zuurstof, maar het verplaatst zich erg
langzaam.
Koolzuur kan in 4 vormen in water voorkomen:
1. CO2
2. H2CO3
3. HCO3-
4. CO32-
CO2 + H2O ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2 H+ + CO32-
Beneden pH 5 is voornamelijk CO2 aanwezig, bij pH 8 vooral HCO3-.
Organisch materiaal
Organisch materiaal bestaat uit alle levende organismen en al het van deze
organismen afkomstige dode materiaal.
Dood organisch materiaal
2
, - Zwevend organisch materiaal
- Opgelost organisch materiaal
Volledige afbraak van organisch materiaal leidt tot CO2 en water.
Tussenproducten zijn humuszuren en fulvinezuren.
Afbraak van OM onttrekt zuurstof aan het water.
Nutriënten
Nutriënten of voedingsstoffen zijn chemische elementen waarvan bekend is dat
ze essentieel zijn voor de groei en het functioneren van levende organismen. Vb.
stikstof (N) en fosfor (P).
Limiteren in lage concentratie de groei van waterplanten.
Voedselarm (oligotroof). Voedselrijk (eutroof).
Paragraaf 2.7
Stroming en menging
Hoeveel van een stof (de concentratie) zich op een bepaalde plaats en tijd in het
oppervlaktewater bevindt, hangt af van de stroming en menging.
Als water stroomt, worden de opgeloste en zwevende deeltjes verplaatst.
Wind is meestal de drijvende kracht -> advectie of advectief transport. Het
meeliften van vervuiling in het water.
Turbulentie = min of meer circulerende bewegingen in het water, die op allerlei
schalen en in alle richtingen optreden. Ontstaan door wrijving langs
grensvlakken.
- Draagt eraan bij dat een aan de oever geloosde verontreiniging zich
stroomafwaarts geleidelijk over de dwarsdoorsnede verdeelt.
o Effect: menging of verdunning van deeltjes -> dispersie of
dispersief transport.
Sedimentatie
Vindt plaats bij deeltjes met een grotere dichtheid dan het water, m.u.v.
algensoorten die hun drijfvermogen kunnen regelen of kunnen zwemmen, zinken
alle deeltjes die zwaarder zijn dan water voortdurend naar de bomen.
- Leidt tot accumulatie in sedimenten.
De uiteindelijke concentratieverdeling van de deeltjes hangt af van de
verhouding tussen de sedimentatie- en de resuspensieflux.
Resuspensie
Gesuspendeerde deeltjes leveren de grootste bijdrage aan de troebeling van
rivieren en meren.
3
, Opwerveling of resuspensie van deeltjes wordt veroorzaakt door waterbeweging
langs het grensvlak watersediment, die veroorzaakt wordt door een ‘sleepkracht’
ofwel schuifspanning.
Of de waterbeweging tot resuspensie van deeltjes leidt, hangt af van de snelheid
van de stroming en van de eigenschappen van het sediment.
Deeltje zal pas in resuspensie gaan als de schuifspanning groot genoeg is om het
deeltje mee te nemen.
De kracht waarbij een deeltje juist resuspendeert, is de kritische
schuifspanning; deze verschilt per deeltje en wordt onder andere bepaald door
de vorm, grootte en massa ervan.
Het continue proces van sedimentatie en resuspensie bepaalt in ondiepe meren
de concentratie van gesuspendeerd materiaal.
Hoe ondieper een meer, hoe sneller deze cyclus wordt doorlopen.
Door golven ontstaan horizontale bewegingen langs de bodem die resuspensie
kunnen veroorzaken.
Hoe ondieper het water is, hoe sterker de maximale stroming langs de bodem bij
een bepaalde golflengte wordt.
Resuspensie treedt op als de golven de bodem raken, en dat gebeurt als de
golflengte langer is dan twee keer de diepte van het meer.
Golflengte hangt vrijwel lineair samen met windsnelheid.
Optreden van resuspensie door golven afhankelijk van:
- Grootte van het meer (grotere meren gevoeliger dan kleinere meren)
- Diepte van het meer (diepe meren minder gevoelig dan ondiepe meren)
- Onderbreking van de strijklengte (bijv. door dijken, legakkers, eilanden en
helofytenbegroeiing)
Adsorptie en absorptie
Adsorptie en absorptie zijn fysisch-chemische processen, waarbij opgeloste
stoffen óf zich hechten aan het oppervlak van deeltjes (adsorptie) óf in die vaste
deeltjes als het ware oplossen (absorptie).
Oorzaken:
- Chemische aantrekkingskrachten
- Elektrostatische aantrekkingskrachten
- Mate van polariteit die de oplosbaarheid in water bepaald
De weinig polaire organische microverontreinigingen zijn slecht oplosbaar en
neigen ertoe om zich vooral te hechten aan de in het water aanwezige
organische deeltjes.
Zware metalen hechten zich vooral aan metaaloxiden, maar ook aan OS en
lutum/silt.
4
