Trübung und Trockenmasse in Oberflächengewässern

Trübung und Gesamtfeststoffe sind verwandte Messungen, die zur Quantifizierung der Klarheit von Oberflächengewässern verwendet werden.

Die Trübung ist ein indirektes Maß für die Klarheit des Wassers, das die Lichtmenge bestimmt, die durch das Wasser dringen kann. Total Solids ist eine direkte Messung, die die Gesamtmasse der im Wasser schwebenden Feststoffpartikel erfasst.

Hohe Trübungswerte oder Gesamtfeststoffe im Wasser können durch viele Umweltfaktoren verursacht werden. Dazu gehören Bodenerosion, Abfalleinleitung, Abfluss oder Veränderungen in ökologischen Lebensgemeinschaften, einschließlich Algenwachstum oder Vorkommen von benthischen Organismen, die Sedimente in die Wassersäule aufbrechen können.

Höhere Trübungen und Schwebstoffe können die Wasserqualität verringern, indem sie Wärme absorbieren, was zu einer erhöhten Wassertemperatur und einem entsprechenden Abfall des Sauerstoffgehalts führt, da warmes Wasser weniger Sauerstoff enthält. Die Photosynthese kann zurückgehen, da weniger Sonnenlicht in das Wasser eindringen kann, so dass es nicht in der Lage ist, einige Wasserlebewesen zu beherbergen. Darüber hinaus können Schwebstoffe die Kiemen verstopfen, Eier ersticken, die Wachstumsraten verringern und die Mikrohabitate vieler Wasserorganismen stören.

In diesem Video wird veranschaulicht, wie die Trübung in einer Laborumgebung quantifiziert und wie die Gesamtfeststoffe in Wasserproben berechnet werden.

Trübungen werden durch feste Partikel verursacht, die im Wasser schweben und das Licht streuen, anstatt es durchzulassen. Der Grad der Trübung wird durch die Konzentration, Größe und Farbe der Partikel bestimmt. Größere Partikel streuen und konzentrieren das Licht im Vergleich zu kleineren Partikeln in eine Vorwärtsrichtung. Die Partikelgröße kann sich auch auf die Lichtqualität auswirken, da größere Partikel längere Wellenlängen des Lichts stärker streuen als kürzere Wellenlängen. Umgekehrt streuen kleinere Teilchen kurze Wellenlängen stärker, während sie bei längeren Wellenlängen relativ geringe Auswirkungen haben.

Wenn Partikel in einer Probe dicht gebündelt sind, kommt Licht mit einer größeren Anzahl von Partikeln in Kontakt und legt einen kürzeren Abstand zwischen ihnen zurück, was zu mehreren Streuereignissen führt. Lösungen mit geringerer Dichte haben einen längeren mittleren freien Weg. Dunklere Partikel absorbieren mehr Licht, und hellere Partikel erhöhen die Streuung, was beides zu einer insgesamt erhöhten Trübung führt. Insgesamt führen dunklere Partikel aufgrund der erhöhten Menge an absorbierter Lichtenergie zu einer höheren Trübung als hellere Partikel.

Eine Methode zur Messung der Trübung ist die Verwendung einer Secchi-Scheibe. Für Süßwasser ist dies eine Metallscheibe mit einem Durchmesser von 20 cm und abwechselnd schwarzen und weißen Vierteln. Für den Einsatz in der Schifffahrt ist eine schlichte weiße Scheibe mit einem Durchmesser von ca. 30 cm Standard. In beiden Fällen wird die Scheibe an einem in bekannten Abständen markierten Seil befestigt und ins Wasser fallen gelassen, bis sie nicht mehr zu sehen ist. Die Länge des Seils zum Zeitpunkt des Verschwindens wird als Secchi-Tiefe angegeben, die mit der Trübung des Wassers zusammenhängt.

Es gibt jedoch Einschränkungen für diese Feldmethode. Ein ideales Aufzeichnungsprotokoll erfordert sonnige Bedingungen und einen schattigen Testbereich. Steile, breite oder lose Flussufer können Schwierigkeiten oder Gefahren für Scheibenbetreiber darstellen, oder der Zugang zu einem Boot kann erforderlich sein. Die Verwendung von Trübungsröhrchen zum Sammeln von Wasser für die Analyse im Labor ermöglicht sicherere und standardisiertere Messungen.

Sobald die Wasserproben wieder im Labor sind, werden sie mit einer Referenzprobe verglichen. Zu diesem Zweck wird das Standard-Trübungsreagenz in vorgegebenen Schritten zu deionisiertem Wasser gegeben, um die Trübung zu erhöhen, bis die Proben übereinstimmen, basierend auf der Beobachtung eines festen Punktes am unteren Rand der beiden Säulen. Die Menge des zugegebenen Reagenzes für die Proben kann dann aufgezeichnet und anhand einer Referenztabelle in Jackson Turbidity Units oder "JTU" umgerechnet werden.

Die Gesamtfeststoffe können durch Verdampfen des Wassers aus der Probe erhalten werden, um die Feststoffe zu isolieren und zu wiegen.

Nachdem wir nun mit den Prinzipien vertraut sind, die hinter der Messung der Trübung und des Gesamtfeststoffgehalts stehen, schauen wir uns an, wie diese in einer Laborumgebung gemessen werden.

Sobald das Probenwasser vor Ort gesammelt wurde, bringen Sie es zur Analyse ins Labor. Wählen Sie zunächst eine saubere Trübungssäule aus und füllen Sie das Probenwasser bis zur 50-ml-Linie.

Füllen Sie als Nächstes eine zweite "leere" Trübungssäule mit deionisiertem Wasser bis zur 50-ml-Linie.

Legen Sie die beiden Röhrchen nebeneinander und beobachten Sie den schwarzen Punkt am Fuß der Trübungssäule. Wenn der schwarze Punkt in beiden Röhren gleich klar ist, ist die Trübung Null. Wenn der schwarze Punkt im Probenröhrchen weniger sichtbar ist, muss ein Standard-Trübungsreagenz hinzugefügt werden, um die Trübung der Referenzprobe mit der der Testprobe abzugleichen.

Schütteln Sie das Standard-Trübungsreagenz, um die Partikel wieder aufzuwirbeln. Geben Sie 0,5 ml des Reagenzes in das Destillationswasserröhrchen und mischen Sie den Inhalt mit einem Rührstab gründlich.

Überprüfen Sie die Trübung erneut, indem Sie das Probenröhrchen und das Referenzröhrchen nebeneinander legen und durch die Lösungen hindurch auf die schwarzen Punkte schauen. Wenn die Trübung des Probenwassers immer noch größer ist als die des destillierten Wassers, fahren Sie mit der Zugabe des Standardtrübungsreagenzes in Schritten von 0,5 ml fort, bis die Trübung der beiden Röhrchen übereinstimmend erscheint, wobei die Menge des verwendeten Reagenzes aufgezeichnet und nach jeder Zugabe gemischt wird. Notieren Sie abschließend die Gesamtmenge des zugegebenen Standardtrübungsreagenzes. Verwenden Sie diesen Wert, um in Jackson-Trübungseinheiten umzuwandeln.

Neben der Messung der Trübung können auch die in der Probe enthaltenen Feststoffe bestimmt werden. Beschriften Sie Abeaker mit behandschuhten Händen mit einem Fettstift. Ideal ist ein Fettstift, da diese Becher später in einen Ofen gestellt werden. Schalten Sie anschließend die Waage ein und tarieren Sie sie. Um zu vermeiden, dass Körperfeuchtigkeit übertragen wird und das Gewicht des Bechers nicht verändert wird, legen Sie mit behandschuhten Händen einen der leeren Becher auf die Waage und notieren Sie das Gewicht.

Stellen Sie sicher, dass das Probenwasser gut vermischt ist, indem Sie es vorsichtig schwenken, nehmen Sie dann einen Messzylinder und messen Sie 100 mL der Wasserprobe. Gießen Sie dies in den Becher. Stellen Sie den Probenbecher in einen auf 100 μm eingestellten Ofen C für 48 h, um die Flüssigkeit zu verdampfen und den entstandenen Rückstand zu trocknen. Nehmen Sie das Becherglas mit behandschuhten Händen aus dem Ofen, lassen Sie es auf Raumtemperatur abkühlen und wiegen Sie das Becherglas mit den Rückständen erneut. Um das Gewicht des Rückstands zu bestimmen, subtrahieren Sie das Anfangsgewicht des leeren Becherglases vom Gewicht des Becherglases mit Rückstand. Als nächstes rechnen Sie das Gewicht des Rückstands mit dieser Berechnung in mg/L um.

Trübungsproben mit einer JTU von weniger als 10 werden als "ausgezeichnet" eingestuft; ein Bereich von 11 bis 20 JTU wird als "gut" eingestuft, 21 bis 90 JTU-Proben als "mittelmäßig" und bei Proben von mehr als 90 JTU wird die Trübung als "schlecht" eingestuft.

Der Gesamtfeststoffgehalt kann mithilfe der Kategorien für die quantitative Analyse der Wasserqualitätsüberwachung für die Messung des Gesamtfeststoffgehalts kategorisiert werden. Hier wird eine Gesamtfeststoffmessung von weniger als 100 mg/l als "ausgezeichnet", 101 bis 250 als "gut", 251 bis 400 als "mittelmäßig" und Proben mit mehr als 400 mg/l als "mangelhaft" eingestuft.

Messungen der Trübung und des Gesamtfeststoffgehalts können in einer Vielzahl von Situationen nützlich sein, ebenso wie andere mögliche Methoden, um diese Daten zu sammeln und zu messen.

Eine andere Methode zur Messung der Trübung verwendet einen Sensor, der für die direkte Messung optimiert ist. Zunächst wird der Sensor anhand einer Probe mit bekannter Trübung und deionisiertem Wasserblindwert kalibriert. Als nächstes wird eine Wasserprobe in den Trübungssensor gegeben, und der Handmonitor zeigt eine Anzeige der Trübung an. Diese Methode hat gegenüber den Labormessungen den Vorteil, dass sie schneller und einfacher ist und vor Ort durchgeführt werden kann, aber den Kauf teurerer Geräte erfordert.

Die gesamten gelösten Feststoffe können auch vor Ort mit einem automatisierten Gerät gemessen werden, das eine Leitfähigkeitssonde verwendet, um einen Messwert zu erhalten. Hier wird die Sonde manuell kalibriert und so eingestellt, dass sie Partikel in mg/L aufzeichnet. Die Sonde wird in die Wasserprobe eingetaucht und der Messwert der gesamten gelösten Feststoffe wird auf dem Handmonitor angezeigt. Auch diese Methode liefert schnellere und einfachere Ergebnisse als die Labormethode, erfordert jedoch den Kauf eines LabQuest-Messgeräts und einer Leitfähigkeitssonde.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE zu Trübung und Gesamtfeststoffen im Oberflächenwasser gesehen. Sie sollten nun die Theorie und die Prinzipien verstehen, die diesen beiden wertvollen Messungen der Wasserqualität zugrunde liegen, wie Sie sie messen und wie Sie diese Messungen verwenden, um die Qualität Ihrer Wasserproben zu bestimmen. Danke fürs Zuschauen!