Iltmåling i rensedammen – iltsensor og kits

Formål

At arbejde med rensedammen som løsningsforslag til menneskeskabte klimaudfordringer i form af øgede regnmængder. At undersøge hvordan man kan undgår at vandmiljøet påvirkes af vores udledning af regnvand, der har samlet skidt fra bymiljøers overflader. Samtidig kan der arbejdes med kemiske reaktioner og stofbevarelse.

Eleverne kommer til at opnå teoretisk viden om:

• Klimatilpasning til øgede regnmængder.
• Rensedammens opbygning og funktion.
• Koblingen mellem næringsstoffer og iltindhold i et vandmiljø.
• Metoder til måling af ilt i vandige miljøer.

Eleverne kommer til at lave praktisk arbejde med at:

• Udtage vandprøver i felten.
• Måle ilt i vandprøver.
• Vurdere et vandmiljøs forureningsgrad ud fra egne data.
• Sammenholde data med rensedammens funktion.
• Reflektere over rensedammens funktioner ift. klimatilpasning og vandmiljøet.

Forberedelse

Forberedelse – oplæg i klassen

Under afsnittet ”Teori” samt under ”Kopiark” til højre kan I finde det faglige oplæg til dette undervisningsforløb. Start forløbet i klassen med gennemgang af dette indhold.

Oplægget består af følgende elementer:

• Om klimatilpasning
• Rensedammens opbygning og funktion.
• Sådan renser rensedammen.
• Derfor forurener næringsstoffer.
• Iltindhold i rensedammen.
• Målemetoder.
• Sikkerhed og hygiejne.

Forberedelse - hypotese

Opstil hypoteser på, hvordan man kan vurdere rensedammens effekt via målinger af vandets iltindhold.

Lad jer inspirere af følgende arbejdsspørgsmål:

1. Hvorfor skal vi bruge rensedamme?
2. Hvornår på året virker rensedamme bedst?
3. Hvorfor kan man forvente, at der er forskel på iltindholdet ved ind- og udløb i en rensedam?
4. Hvad er sammenhængen mellem næringsstof og ilt indhold i vandmiljøer?  
5. Hvad kunne man ellers måle på?
6. Hvilke usikkerheder kan opstå når man laver ilt målinger?

Forberedelse– test af udstyr

I skal måle ilt indholdet ved ind- og udløb på en rensedam. Før I tager afsted skal I først lære at bruge jeres iltmålingsudstyr.

I teoriteksten kan I læse om nogle forskellige metoder til ilt måling.

1. Vælg en metode til at måle ilt i vand på.
2. Undersøg sammen med læreren hvordan I bruger det apparatur/materiale som I har på netop jeres skole. Læs fx vejledninger og lav test forsøg på fx iltet vand vs u-iltet vand som har stået uden omrøring i nogle dage.
3. Snak om hvilke usikkerheder der kan være på jeres målinger.

Forberedelse – planlægning

For at løse opgaven skal I ud til en rensedam. På kortfunktionen på skoven-i-skolen kan du finde mulige rensedamme under temaet ”Klimatilpasningsanlæg”.

• Find den nærmeste rensedam på kortet.
• Når I klikker jer ind på rensedammen I gerne vil besøge kan I finde informationer om den konkrete rensedam herunder blandt andet adressen. I vil også kunne se et oversigtskort over rensedammen hvor de vigtigste elementer er tegnet ind så I vil kunne finde dem ude i felten. Sørg for at printe et kort, så I kan orientere jer derude.

Planlæg turen så alle ved, hvad de skal, når I kommer ud til rensedammen. Tal om:

• Hvornår skal vi afsted?
• Hvordan kommer vi derhen?
• Hvad skal vi have med og hvem tager hvad med?
• Skal klassen arbejde sammen eller skal den opdeles i grupper?
• Hvordan kan vi finde rundt på rensedammen (hint: kort og kompas)?
• Hvilke områder ved rensedammen skal undersøges og hvordan?
• Hvad skal skrives ned eller tages billeder af, hvordan og af hvem?
• Sikkerhed og hygiejne.

Sådan gør du

Formål

I skal undersøge rensedammens rensende effekt via målinger af vandets iltindhold ved ind- og udløb.

Vejledning til analyse af iltindhold:

1. Ved hver målestation skal I bruge iltmålingsudstyr og prøvetagningsudstyr.
2. Find jeres måle-lokalitet (ind- eller udløb) ved at se på kortet over rensedammen.
3. Lav først en visuel vurdering af vandet ved måle-lokaliteten – ser det rent eller beskidt ud? Tag evt. billede.
4. Beskriv vandets udseende (klart/grumset, farve, bundmateriale, flydende genstande, bobler fra bunden) og lugt (ingen, mudder, råddent æg, kloak-agtigt….).
5. Tag en vandprøve fra lokaliteterne.
6. For at teste iltindholdet bruges brugsvejledningerne for iltelektroden eller i Eco test ilt hvis disse anvendes.
7. Notér resultater i skemaet nedenfor.

Bearbejdning

Opsamling og konklusioner

1. Beskriv (gerne med en tegneserie eller animation), hvorfor er der en sammenhæng mellem forureningsgrad og iltkoncentration i vandhuller.

2. De to målinger fra ind- og udløb sammenlignes.

• Er der forskel på de to?
• Er en evt. forskel som forventet.

3. Sammenlign de to målinger med skemaet og vurdér rensedammens økologiske tilstand.

Kilde: kystarkiv.dk.

4. Er den økologiske tilstand af rensedammen, som man kan forvente, når man overvejer, hvad rensedammens funktion er?
 

Perspektivering

5. Hvordan hjælper rensedamme med at løse klimaudfordringer?

6. Hvad kan gøre det svært at anlægge flere rensedamme?

7. Hvad er konsekvenserne for naturen, hvis vi ikke anvender rensedamme i Danmark?

8. Vurder for hver årstid, hvordan de faktorer, der påvirker iltforholdet i dammen, ændrer sig

• Temperatur
• Omrøring
• Algemængde
• Forureningsgrad
• Lysforhold
• Vanddybde

9. Hvordan påvirker de forskellige faktorer iltindhold i dammen på de forskellige årstider?
 

Kommunikation

Der er mange måder at synliggøre hvad du har fået ud af forløbet på. Brug evt. animationer til at vise hvordan en rensedam virker. For vejledning hertil, læs kopiarket ”animation af et klimatilpasningsanlæg”.

Hold jeres udbytte af forløbet op mod jeres formulerede læringsmål og svar på:

• Hvad har jeg lært.
• Hvordan har jeg lært det.

Specifikke fagord og termer der kan bruges til kommunikation af emnet.

• Global opvarmning
• Klimatilpasning
• Rensedam
• Iltindhold
• Recipient
• Næringsstoffer
• Vandkvalitet
• Forureningsgrad

Teori

Om klimatilpasning

På grund af klimaforandringer oplever vi i Danmark stigende temperaturer og øgede regnmængder.
Da der kommer meget mere regn end tidligere, og da vi dækker jorden mere og mere med veje, fortove, bygninger og andet, så vandet ikke bare kan sive ned, så står vi med nogle kloakledninger, som i ikke længere kan håndtere alt det vand, der ledes i dem.

Mange steder har man separat kloakeret, således at spildevand og regnvand fra byens overflader adskilles. Dette sørger for, at vi ikke oplever at spildevandet skylles tilbage op gennem gulvafløb og andre afløb inde i husene, når det regner meget, og kloakledningerne bliver fyldt op. Regnvandskloakken er slet ikke forbundet med spildevandet og ved store regnskyl vil tilbageløb eller overløb ske ud i naturen eller på vejene. Det separerede regnvand er renere end spildevand, men dog ikke rent nok til at kunne ledes direkte ud i naturen, da regnvandet på dets vej via veje, tage og fortove har samlet forurening op fra disse steder. Det er dyrt (og sommetider ikke praktisk muligt) at grave nye større regnvands kloakrør ned, så vi undgår overløb så vi må håndtere de øgede regnvandsmængder fra byerne på en anden måde.

Det vi skal bruge er et sted at oplagre de store mængder regnvand fra regnvandskloakkerne, og hvor regnvandet renses, før det lukkes ud i søer og vandløb. Løsningen er en rensedam.
I dette forløb skal vi kigge nærmere på rensedammen og undersøge dens rensende effekt på regnvandet. Dette gør vi ved at måle på vandets iltindhold ved dammens ind- og udløb.

Rensedammens opbygning og funktion

Rensedammens funktion er at tage imod regnvand fra tage, veje mm. istedet for at det skal sendes til renseanlægget – herved sparer vi energi og penge på rensning af de vandmængder, som øget nedbør skaber i kloakkerne. Vi undgår også at vejene oversvømmes når regnvandskloakkerne overfyldes ved meget store regnskyl.
For ikke at skade naturen ved at lukke store mængder urenset vejvand direkte ud i fx vandløb, sø eller hav, skal rensedammen opfylde to krav:

• Den skal mindske indholdet af næringsstoffer, tungmetaller og organisk materiale fra regnvandet, før det lukkes ud.

• Den skal kunne rumme en masse regnvand, sådan at den kan forsinke vandstrømmen og kun langsomt lukke vandet ud i sø, vandløb eller hav. Herved undgår vi at forstyrre den naturlige balance, der hvor vandet lukkes ud.

På nogle rensedamme er der et mere eller mindre synligt forbassin ved indløbet. Her bliver det meste faste stof i vandet - fx sand - bundfældet. Bundmaterialet i forbassinet graves op med jævne mellemrum da dette indeholder det meste af forureningen i regnvandet. Fosfor – et næringsstof som binder sig til fast partikler – vil også sorteres fra i forbassinet i store mængder.

Rensedammens bund – eller i hvert fald fo bassinets bund – er dækket af en membran, som sikrer, at forurenende stoffer ikke siver ned til grundvandet fra rensedammen.

Ved rensedammens udløb løber eller pumpes vandet i rør eller kanaler - videre ud til fx et vandløb. Modtageren af vandet – sø, å, vandløb eller hav – kaldes for recipienten.
 

Sådan renser rensedammen

I rensedammen bindes næringssaltene fordi planterne bruger dem, når de vokser. Når planterne dør, falder de til bunden og bliver til slam. Fosfor bindes derudover også direkte til vandets små-partikler og falder også tilbunds. Tungmetaller bundfælder også, mens giftstoffer bliver nedbrudt oppe i vandsøjlen. På den måde ender de forurenende stoffer på bunden mens vandet langsomt renses. Flowet gennem rensedammen er derfor lille, da der skal være ro og tid til, at næringsstoffer kan forbruges, giftstoffer kan omdannes og resterende partikler og tungmetaller kan bundfælde.
Slammet fra bunden bliver med jævne mellemrum gravet op af rensedamme og sendt til affaldscentraler, således at de forurenende stoffer fjernes.

Derfor forurener næringsstoffer

Næringsstofferne nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), ammonium (NH4+) og fosfat (PO4) er alle næringssalte, som planter skal bruge for at vokse. Kommer der for mange næringssalte i vandet vil det give de hurtigt voksende planter og alger mulighed for fuldstændig at overgro vandet og på den måde skygge for sollyset til bunden. Hernede bliver der som konsekvens iltfattigt, da der ikke kan dannes nyt ilt pga. manglende sollys, og da omsætning af døde alger og planterester bruger det ilt, der måtte være der. I iltfattige områder kan kun få eller slet ingen dyr og planter overleve.

Iltindhold i rensedammen

Iltindholdet i et vandhul er afhængig af bl.a.

• Temperatur
• Omrøring
• Algemængde
•  Forureningsgrad
• Lysforhold
• Vanddybde

Generelt kan man sige, at der er iltfattigt i forurenede vandhuller. Derfor er livet i forurenede vandhuller meget sparsomt og domineret af arter, som har tilpasset sig lave iltforhold.

Eksempler på tilpasninger er:

• Højt indhold af det røde stof hæmoglobin, som binder ilt.
• Evne til at udnytte luft fra overfladen – fx via lange ånderør op til overfladen.

Målemetoder

Der er flere måder at måle ilt indhold i vand på.

1. Iltelektrode (fx Vernier ilt måler med tilknyttet datalogger - LabQuest eller Logger lite.
2. Winklertitrering. Hos Frederiksen kan man købe et testkit, der udnytter en modificeret udgave af Winklertitreringen.

Iltelektroden
En iltelektrode består af en katode og en anode i en elektrolyt adskilt fra vandet af en ilt-permeabel membran. Elektroden udnytter reduktionen af ilt ved katoden, og den resulterende strøm registreres.

Det er vigtigt, at iltelektroden konstant er i forbindelse med vand i bevægelse, for ellers er det kun ilten lige omkring iltelektroden der forbruges. Dette giver forkerte, lave målinger.

Winklertitrering
Ved Winkler metoden startes med at tilsætte manganioner i basisk væske, så snart prøven er taget. Manganionerne oxideres af ilten i vandet, og herved kommer mængden af oxiderede manganioner til at svare til det oprindelige antal af iltmolekyler. På dette stadie skal I være omhyggelig med ikke at få luftbobler med i prøven som vil påvirke resultatet.
Derefter tilsættes jodid og syre. De oxiderede manganioner reagerer med jodid, hvorved iod farver væsken gulbrun.

I testkittet ”Eco test ilt” fra Frederiksen reagerer mangaionerne med en reagent som danner en rød farve. Via farveskemaer kan derefter bestemmes ca. hvor meget ilt, der var i prøven. Skal man have et mere præcist tal bruges den fulde winkler-metode som er gennemgået i en anden opgave. Dog kræver den fulde metode brug af koncentreret svovlsyre.

Sikkerhed og hygiejne

En rensedam tager som udgangspunkt kun imod regnvand, hvilket ikke er mere beskidt end det vand, man kan finde i enhver vej-vandpyt. Dog kan der være fejlkoblinger i rørsystemet i oplandet til rensedammen, hvor enkelte huse fejlagtigt har koblet deres spildevand til regnvandsledningen. Derfor skal man udvise god hygiejne, når man arbejder med vand og andre materialer fra rensedammen. Tager I fx madpakke med ud til arbejdet med rensedammen, bør I vaske fingre, før I spiser.

Selvsagt er det heller ikke tilladt at svømme eller soppe i rensedammen. Både pga. sundhedsfaren ved det potentielt beskidte vand, og fordi man hvirvler bundmateriale op i søen, som ellers binder mange af dammens næringsstoffer. Derudover risikerer man at skade dammens bund-membran som, forhindrer nedsivning af forurenende stoffer til grundvandet.
 

Forslag til videre arbejde

Dette forløb er en af en række forløb der behandler klimatilpasning. Se de øvrige muligheder der er for forsøg ude ved en rensedam samt andre typer af klimatilpasningsanlæg på tema siden om klimatilpasning (link).

Find i øvrigt mere information om klimatilpasning på følgende sider:

• www.LARiDanmark.dk
• www.vandetsvej.dk
• www.klimatilpasning.dk

Eller læs bogen ”Klimatilpasning” af Anja Skjoldborg Hansen.