(naar Maris et al., 2010) NOD
De stikstofzuurstofvraag kan op twee manieren bepaald worden: hetzij via metingen van de zuurstofvraag in een BOD experiment, hetzij uitgaande van de concentraties aan ammonium en nitriet.
De biochemische zuurstofvraag (BOD) is een parameter die gemakkelijk gemeten kan worden maar waarvan de interpretatie niet altijd eenvoudig is. In klassieke BOD-meting geeft een maat voor de totale zuurstofvraag in het water, en wordt bepaald door een waterstaal gedurende 5 dagen donker te incuberen bij 20°C. De verbruikte zuurstof gedurende deze periode, is een maat voor de aanwezige hoeveelheid biologisch afbreekbaar materiaal en de hoeveelheid nitrificeerbare stikstof. Niet alle fracties breken echter even snel af, en deze afbraak is mede afhankelijk van de reeds aanwezige microbiële populaties in het Scheldewater, wat interpretatie moeilijker maakt.
Mineralisatie van de nutriënten en nitrificatie van alle NH4+ zijn de belangrijkste zuurstofconsumerende processen. Experimenten met nitrificatieremmers (BOD N-serve) in het BOD-staal, laten toe de zuurstofvraag voor nitrificatie te onderscheiden van andere processen.
De zuurstofvraag voor nitrificatie (gedurende 5 dagen bij 20°C) (BOD-N) wordt experimenteel bepaald door data voor BOD zonder nitrificatie (door toevoegen van een nitrificatieremmer aan het BOD staal) af te trekken van BOD data. De zuurstofvraag voor nitrificatie kan ook berekend worden uitgaande van alle stikstofcomponenten aanwezig in het water. De anorganische stikstof- zuurstofvraag (aNOD) is uitgaande van het aanwezige NH4+ en NO2- en de zuurstof vereist om deze te oxideren tot NO3- volgens de formule:
aNOD (mg/l) = 4.33 [NH4+-N] + 16/14 [NO2--N]
waarbij nutriëntconcentraties in mg/l worden gehanteerd. Figuur 0-1 toont voor de zomermaanden (juli-augustus-september, periode 1996-2002)) een goede correlatie tussen de experimenteel bepaalde BOD-N en de berekende aNOD te Dendermonde. Het verschil tussen de gemeten BOD5 en de berekende aNOD geeft de BOD-C: de biologische zuurstofvraag voor de afbraak van de koolstofverbindingen. De goede correlatie die tussen BOD-N en aNOD wordt gevonden in de zomermaanden te Dendermonde, bestaat ook voor de andere stations in het zoete, behalve voor de twee meest opwaartse stations. Te Melle en Wetteren is de correlatie zoek (data niet weergegeven). Misschien is tijdens de zomermaanden de populatie nitrificeerders hier nog niet op peil. In de Bovenschelde wordt ook geen goede correlatie gevonden.
y = 1.0516x - 1.2863 R2 = 0.9034 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 BOD-N (m g/l) a N O D ( m g /l ) y = 0.9817x + 6.1486 R2 = 0.6463 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 BOD-N (m g/l) tN O D ( m g /l )
Figuur 0-1: Correlaties tussen BOD-N (biologische zuurstofvraag voor nitrificatie) en aNOD (berekende anorganische stikstof- zuurstofvraag) en BOD-N en tNOD (berekende totale stikstof-zuurstofvraag) voor de zomermaanden (juli-aug-sept) te Dendermonde.
Evaluatiemethodiek Schelde-estuarium Waterkwaliteit
Voor de andere seizoenen geeft de correlatie geen goede resultaten. Enkel voor de zomermaanden vinden we een overeenkomst tussen de berekende aNOD en de gemeten BOD- N, in de wintermaanden is dit verband vaak zoek. De verklaring is logisch: nitrificerende bacteriën groeien traag en zijn sterk afhankelijk van temperatuur. Enkel in de zomermaanden is een actieve populatie aanwezig. In de andere seizoenen is deze populatie wellicht minder of niet actief aanwezig. Bij incubatie bij 20°C gedurende 5 dagen tijdens de BOD5-meting, is het bijgevolg niet duidelijk welke de invloed van nitrificerende bacteriën zal zijn op de zuurstofvraag. In wintermaanden liggen de gemeten BOD5 en BOD N-serve waarden vaak zeer dicht bij elkaar, wat geenszins wijst op afwezigheid van ammonium voor een stikstof-zuurstofvraag, maar wel op de afwezigheid van nitrificeerders.
Naast anorganische stikstof, zal ook de organische stikstof zuurstof onttrekken aan de waterkolom bij mineralisatie en nitrificatie. De som van deze zuurstofvraag en de aNOD is de totale stikstof-zuurstofvraag (tNOD). De correlatie tussen BOD-N en tNOD is echter minder goed dan tussen BOD-N en aNOD. Blijkbaar wordt gedurende de 5 dagen van de BOD5-meting in hoofdzaak alle anorganische stikstof genitrificeerd, en speelt de mineralisatie van de organische fractie een beperkte rol gedurende de duur van de BOD5-meting. De constante term uit de correlatievergelijking tussen BOD-N en aNOD (1.29 mg/l) kan een maat zijn voor de gemiddelde zuurstofvraag ten gevolge van afbraak van de organische stikstoffractie. De constante term uit de correlatievergelijking tussen BOD-N en tNOD (6.15 mg/l) kan een maat zijn voor de gemiddelde zuurstofvraag van de organische stikstoffractie die nog niet werd afgebroken gedurende de 5 dagen van de BOD5-metingen. Samen vormen deze termen een maat voor de gemiddelde totale organische stikstofzuurstofvraag.
De kennis over beide fracties organische stikstof is nog zeer beperkt. Criteria voor deze stikstoffracties zijn daarom nog niet voorhanden. Zolang de kennis hieromtrent ontbreekt, kan de fastNOD benaderd worden door de aNOD. De snelafbrekende organische stikstoffractie wordt hierbij verwaarloosd.
Evaluatie van de slowNOD, op basis van fractie traag afbreekbare organische stikstof, wordt ook uitgesteld tot meer kennis voorhanden is.
BOD-C
Ook hier zijn twee berekeningswijzen mogelijk. Via toedienen van een nitrificatieremmer aan het BOD staal kan de zuurstofvraag voor mineralisatie van de koolstoffractie bepaald worden (BOD- C), omdat de zuurstofvraag voor nitrificatie wordt geïnhibeerd. Deze methode is toepasbaar in alle seizoenen en wordt daarom voor deze indicator voorgesteld.
Een tweede methode bestaat erin de BOD te bepalen zonder nitrificatieremmer, waardoor de zuurstofvraag voor nitrificatie mee vervat zit in het resultaat. Deze stikstofzuurstofvraag kan dan, aan de hand van de berekening van aNOD afgetrokken worden van de BOD meting. Wat rest is de zuurstofvraag voor mineralisatie van de koolstof: de BOD-C. Deze methode is enkel toepasbaar in de zomer, omdat dan de nitrificerende bactiëren actief zijn. Aanbevolen wordt om, aanvullend, deze methode in de zomer toe te passen omdat uit de metingen extra info kan bekomen worden over de diverse fracties.
Bij zeer lage BOD meetresultaten wordt de nauwkeurigheid van de metingen twijfelachtig. Het nut van deze methode dient dan geëvalueerd te worden.