Biochemical Measures of Water Quality Introduction to DO

Biochemical Measures of Water Quality
Introduction to DO
DO = Dissolved oxygen
Aquatic aerobic organisms need oxygen to survive
Maximum amount in clean water is about 9 mg/L.
DO varies with temperature, salinity, elevation, and turbulence (mixing).
Measurement of DO
DO is measured with an electronic instrument.
Special probe senses DO, sends signal to the instrument.
Concentration is given in units of mg/L





Dissolved Oxygen Problem Situations
Effect of Temperature on DO
o Hot water from a power plant decreases DO level in the receiving water
Effect of Salinity on DO
o Salt from roads and irrigated fields enters streams causes DO level to decrease
Effect of Elevation
o DO in Rio Ruidoso about 7 mg/L
o DO in Pecos River at Artesia is about 8 mg/L
o Conclusion: Ruidoso's treated wastewater must be cleaner than Artesia's
Effect of Turbulence on DO
o A stream with good mixing will replenish DO quickly
o A slow, sluggish stream (or a lake) will replenish DO slowly
DO Requirements by Fish
Trout 4-5 mg/L
Bass 3-4 mg/L
Carp 2-3 mg/L
Catfish 1-2 mg/L
Dissolved Oxygen in Conclusion
Saturation DO decreases as temperature increases
Saturation DO decreases as salinity increases
Saturation DO decreases as elevation increases
Introduction to BOD
Organic pollutants are food for bacteria
o Proteins, fats, carbohydrates, etc.
Need oxygen to consume food
HCOH + O2  CO2 + H2O
BOD = Biochemical oxygen demand.
Amount of oxygen required by bacteria to degrade a waste.
A gross indicator of water pollution
Surrogate test for total organic pollution in water


BOD Test Background
It takes no more than 5 days for any stream in England to reach the ocean
5 Days Chosen by British Scientists around 1860.
BOD Test Description
If waste is very strong, it is diluted with a known amount of water.
If waste does not contain bacteria, they are added (seeded).
Samples Conditions:
Test is run for 5 days
Temperature is kept at 20° C
Bottles are kept in the dark.
Analyzed by measuring the DO at the beginning and end of a time period, usually 5 days.
Example Calculation:
o Waste is diluted 1:100
o Initial DO = 9 mg/L, Final = 3 mg/L
o BOD = 100*(9-3) = 600 mg/L

Typical BOD5 Values
Automotive anti-freeze (ethylene glycol): 600,000 mg/L
Meat packing waste: 5,000 mg/L
Domestic wastewater: 300 mg/L
Wastewater treatment plant effluent <30 mg/L

The amount of oxygen required to biodegrade the waste (BOD) is illustrated in the following plot. This plot shows that the total amount of food remaining, L, decreases with time from an initial Lo value. The amount of oxygen needed to degrade the waste, y, increases asymptotically to its ultimate value, Lo. To simplify equations, let y equal the BOD
the BOD Curve

At any given time the initial amount of food, Lo, must be equal to the sum of food consumed, y, plus food remaining, L. Therefore,

Solving of L,

The amount of food remaining (expressed as oxygen) L decreases exponentially with time. The food consumption rate (dL/dt) is a function of the amount of food available at any given time.

Where k1 represents the biodegradation rate constant. The following graph shows the effect of varying k1 constants. The yellow curve represents a readily biodegradable waste. The blue curve is a recalcitrant waste and the magenta one is one that is intermediate between the two extremes.

Separating variables leads to:

Integrating and substituting limits of integration yields:

Solving for L,

Since L = Lo - y it is possible to solve for y to obtain the equation for the BOD curve,

DO and BOD in Conclusion
Bacteria use DO to degrade pollutants:
DO Level decreases
Pollutant is completely or partially degraded to CO2
Oxygen is replenished by:
o Reaeration (i.e., mixing)
o Photosynthesis (algae in water)

environment chemistry

EVAPORASI / TRANSPIRASI - Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dsb. kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfer) dan kemudian akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es.

INFILTRASI / PERKOLASI KE DALAM TANAH - Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertikal atau horizontal dibawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan.

AIR PERMUKAAN - Air bergerak diatas permukaan tanah dekat dengan aliran utama dan danau; makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat dilihat biasanya pada daerah urban. Sungai-sungai bergabung satu sama lain dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh air permukaan disekitar daerah aliran sungai menuju laut.

Siklus Hidrologi:
adalah sirkulasi air yang tidak pernah berhenti dari atmosfir ke bumi dan kembali ke atmosfir melalui kondensasi, presipitasi, evaporasi dan transpirasi.
Pemanasan air samudera oleh sinar matahari merupakan kunci proses siklus hidrologi tersebut dapat berjalan secara kontinu. Air berevaporasi, kemudian jatuh sebagai presipitasi dalam bentuk hujan, salju, hujan batu, hujan es dan salju (sleet), hujan gerimis atau kabut.
Pada perjalanan menuju bumi beberapa presipitasi dapat berevaporasi kembali ke atas atau langsung jatuh yang kemudian diintersepsi oleh tanaman sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus bergerak secara kontinu dalam tiga cara yang berbeda

Evaporasi (penguapan)

Ketika air dipanaskan oleh sinar matahari, permukaan molekul-molekul air memiliki cukup energi untuk melepaskan ikatan molekul air tersebut dan kemudian terlepas dan mengembang sebagai uap air yang tidak terlihat di atmosfir.
Sekitar 95.000 mil kubik air menguap ke angkasa setiap tahunnya. Hampir 80.000 mil kubik menguapnya dari lautan. Hanya 15.000 mil kubik berasal dari daratan, danau, sungai, dan lahan yang basah, dan yang paling penting juga berasal dari tranpirasi oleh daun tanaman yang hidup. Proses semuanya itu disebut Evapotranspirasi.

Kondensasi (pengembunan)

Ketika uap air mengembang, mendingin dan kemudian berkondensasi, biasanya pada partikel-partikel debu kecil di udara. Ketika kondensasi terjadi dapat berubah menjadi cair kembali atau langsung berubah menjadi padat (es, salju, hujan batu (hail)). Partikel-partikel air ini kemudian berkumpul dan membentuk awan.

Presipitasi

Presipitasi pada pembentukan hujan, salju dan hujan batu (hail) yang berasal dari kumpulan awan. Awan-awan tersebut bergerak mengelilingi dunia, yang diatur oleh arus udara. Sebagai contoh, ketika awan-awan tersebut bergerak menuju pegunungan, awan-awan tersebut menjadi dingin, dan kemudian segera menjadi jenuh air yang kemudian air tersebut jatuh sebagai hujan, salju, dan hujan batu (hail), tergantung pada suhu udara sekitarnya

Transpirasi
(penguapan dari tanaman)

Uap air juga dikeluarkan dari daun-daun tanaman melalui sebuah proses yang dinamakan transpirasi. Setiap hari tanaman yang tumbuh secara aktif melepaskan uap air 5 sampai 10 kali sebanyak air yang dapat ditahan.

WATER IMPURITIES

- Siklus Air : Evaporasi ( Penguapan), Condensasi (Pengembunan), Rain Falls, Flow along the surface (transportasi)
- Sebelum mencapai permukaan tanah : air hujan dapat melarutkan gas & soluble matter serta mengabsorbsi insoluble matter di atmosphere.
- Air bisa mengandung O2, CO2, gas- gas buangan industri seperti sulfur, nitrogen oksida dll.
- Air Sadah, mengapa bisa terjadi ?
- Bahayakah impurities dalam air?

Senyawa Anorganik Yang Umum ada dalam air :

1. Calcium bicarbonate (Ca(HCO3)2)
2. Magnesium bicarbonate (Mg(HCO3)2)
3. Sodium bicarbonate (NaHCO3)
4. Ferrous bicarbonate (Fe(HCO3)2)
5. Manganous bicarbonate (Mn(HCO3)2)
6. Calcium chloride (CaCl2)
7. Magnesium chloride (MgCl2)
8. Sodium chloride (NaCl)
9. Calcium sulfate (CaSO4)
10.Silica (SiO2)

Beberapa Parameter Air ( mengekspresikan kandungan impurities dalam air)

- pH (expresses acid or base)
- Total Dissolved Solid (TDS), menunjukkan jumlah senyawa anorganik yang sifatnya larut dalam air. Senyawa organik tidak diperhatikan. Satuannya : ppm atau mg/lt
- Total Solid, menunjukkan jumlah senyawa yang terlarut maupun tidak terlarut dalam air. Satuannya : ppm atau mg/lt
- Conductivity, menunjukkan berapa besar ion dissolved solid (padatan terlarut) dalam menghantarkan listrik. Conductivity dapat dipakai untuk memperkirakan konsentrasi TDS dalam air.

kimia organik

KIMIA ORGANIK

- Nama senyawa organik berasal dari kata organisme atau makhluk hidup, karena pada mulanya diduga hanya dapat dibuat oleh organis .
- Pada tahun 1828, Friedrich Wholer berhasil mensintesis urea (senyawa organik) dengan memanaskan amonium sianat (senyawa anorganik).
- Kimia organik adala kimia senyawa‑senyawa karbon.
- Ruang lingkup definisi ini meluas tidak hanya meliputi senyawa‑senyawa alam, tetapi termasuk senyawa sintesis‑yaitu senyawaan yang dibuat di laboratorium
- Sampai kini telah diketahui sekitar enam juta senyawa organik, sedangkan senyawa anorganik sekitar 50.000.

SENYAWA ORGANIK

- Senyawa organik selalu mengandung paling kurang satu atom karbon, tetapi kebanyakan berisi beberapa atom karbon yang saling berikatan satu sama lain.
- Kemudian ada ahli yang menganggap nama senyawa organik kurang tepat, dan mengusulkan gantinya senyawa karbon.
- Salah satu sifat khas senyawa organik mempunyai rumus dan struktur molekul yang beraneka ragam, bergantung pada jumlah atom karbonnya.
- Senyawa organik adalah senyawa yang strukturnya terutama ditentukan oleh atom karbon yang saling berikatan.
- Setiap senyawa ini selalu mengandung karbon sebagai unsur utamanya.

SENYAWA HIDROKARBON

- Senyawa hidrokarbon, yaitu senyawa yang mengandung hidrogen dan karbon.
- Senyawa hidrokarbon kurang (tidak) reakfif, tetapi akan reaktif bila satu atom hidrogen (atau lebih) diganti dengan gugus fungsional.
- Gugus fungsional adalah atom atau kelompok atom yang reaktif.

SENYAWA ORGANIK SINTESIS

- Sintesis biasanya terdiri dari penggabungan kepingan kecil dan sederhana menjadi molekul besar yang kompleks.
- Untuk membuat sebuah molekul yang mengandung banyak atom dari molekul‑molekul yang mengandung atom lebili sedikit, perlu diketahui bagaimana membuat atau memecah ikatan kimia.
- Ikatan kimia dibuat dan dipecah melalui reaksi‑reaksi kimia

RUMUS SENYAWA ORGANIK

- Senyawa organik paling sederhana dari karbon dan hidrogen yakni hidrokarbon.
- Hidrokarbon yang paling sederhana yaitu metana.
- Menyatakan senyawa organik tidak cukup dengan rumus empiris dan rumus molekulnya saja, tetapi rumus strukturnya perlu dinyatakan karena :
Rantai karbon ada yang lurus, bercabang dan melingkar
Ada yang berikatan tunggal, ada rangkap dua dan tiga.
Letak cabang dan ikatan rangkap tidak dapat dilihat dari rumus molekulnya saja.
CH2=CH-CH2-CH3 1-butena
CH3-CH=CH-CH3 2-butena

HIDROKARBON

1. Hidrokarbon alifatik
Adalah senyawa hidrokarbon yang tidak mengandung inti benzena, baik dalam baik yang berantai lurus , bercabang maupun yang siklik.
2. Hidrokarbon alifatik yang tidak mengandung ikatan rangkap disebut hidrokarbon jenuh ( alkana ) dan yang mengandung ikatan rangkap disebut hidrokarbon tak jenuh (alkena dan alkuna ).
3. Hidrokarbon aromatik
Adalah rantai enam karbon yang melingkar tetapi stabil.
Hidrokarbon siklik disebut sikloheksana.

GUGUS FUNGSIONAL

Alkil halida
Senyawa organik yang mengandung secara umum disebut organohalogen, tetapi bila mengandung satu halogen dan satu alkil disebut alkil halida (RX).
Contoh :
CH3F fluorometana
CH3-CH2-CH2Cl 1-kloropropana
CHCl3 kloroform
CCL3F freon 11

Alkohol
Senyawa yang mempunyai gugus (hidroksil) yang terikat pada atom karbon.
Contoh :
CH3OH metanol
CH3-CH2-CH2-CH2OH propil alkohol

Eter
Eter dapat dianggap turunan air dengan mengganti kedua H nya dengan alkil, R-O-R’
Contoh :
CH3-O-CH3 dimetil eter
C2H5-O-CH3 etil metil eter

Alkohol
Senyawa yang mempunyai gugus (hidroksil) yang terikat pada atom karbon.
Contoh :
CH3OH metanol
CH3-CH2-CH2-CH2OH propil alkohol