1. Что такое растворенный кислород?
Растворенный кислород (сокращение от DO) — это количество свободных молекул газообразного кислорода (O₂), не входящих в состав соединений, присутствующих в воде. Это можно представить себе так же, как соль или сахар, когда их размешивают в воде. Кроме того, это важнейший параметр водной среды, играющий жизненно важную роль в выживании и здоровье различных организмов. Проще говоря, это количество кислорода, растворенного в воде.
Почему растворенный кислород так важен?
- Что касается рыб и других водных животных, растворенный кислород — это как воздух, которым мы дышим. Они нуждаются в нём для дыхания и получения энергии, необходимой для повседневной жизнедеятельности. Достаточный уровень растворённого кислорода способствует здоровому росту и размножению. Низкий уровень растворённого кислорода может привести к стрессу, заболеваниям и даже гибели водных организмов.
- Это также влияет на общее качество воды. Высокие уровни растворенного кислорода способствуют более эффективному разложению органических веществ, предотвращая накопление вредных веществ.
Откуда берется растворенный кислород и что определяет его количество?
2.1 Источники растворенного кислорода
(1) Растворенный кислород в атмосфере:
Диффузия на границе раздела «вода—атмосфера» является основным источником растворенного кислорода в воде. Например, молекулы кислорода медленно растворяются из воздуха в поверхностный слой спокойной воды озера или реки. Закон Генри гласит, что растворимость газа в жидкости пропорциональна его парциальному давлению. При парциальном давлении кислорода в атмосфере, равном ~21 кПа (при стандартном давлении), он растворяется в воде, хотя этот процесс протекает медленно. Перемешивание воды влияет на скорость растворения: волны на озере, вызванные ветром, увеличивают площадь контакта воздуха с водой, ускоряя растворение кислорода.
(2) Фотосинтез водных растений:
Это ещё один важный источник растворённого кислорода в воде. Водные растения (такие как водоросли, водная трава и т. д.) в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Химическая формула фотосинтеза: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Например, в эвтрофированном пруду водоросли размножаются в больших количествах. При достаточном количестве солнечного света в течение дня кислород, вырабатываемый водорослями в процессе фотосинтеза, значительно повышает содержание растворенного кислорода в воде, иногда даже доводит его до состояния перенасыщения.
2.2 Факторы, определяющие содержание растворенного кислорода
| Определяющие факторы | Влияние на содержание растворенного кислорода | Подробное описание |
| Температура | Повышение температуры приводит к снижению содержания растворенного кислорода | С повышением температуры тепловое движение молекул воды усиливается, а склонность молекул газа к выделению из воды возрастает. Например, при 0 ℃ насыщенность воды растворённым кислородом составляет около 14,6 мг/л, а при 30 ℃ — около 7,6 мг/л |
| Давление воздуха | Повышение давления воздуха приводит к увеличению содержания растворенного кислорода | Согласно закону Генри, при неизменности прочих условий изменения атмосферного давления влияют на количество растворенного кислорода. В высокогорных районах наблюдается низкое атмосферное давление и относительно низкое содержание растворенного кислорода в водоемах; в низкогорных районах — высокое атмосферное давление и относительно высокое содержание растворенного кислорода |
| Соленость | Повышение солености снижает растворимость растворенного кислорода | Ионы соли в воде вступают во взаимодействие с молекулами воды, что снижает вероятность соединения молекул кислорода с молекулами воды. Соленость морской воды обычно составляет около 32‰–37‰, а степень насыщения растворенным кислородом в ней значительно ниже, чем в пресной воде |
| Текучесть воды | Текущая вода способствует увеличению содержания растворенного кислорода; в стоячей воде, напротив, часто наблюдается стратификация растворенного кислорода | Текущие водоемы постоянно обновляют поверхность воды, находящуюся в контакте с атмосферой, способствуют увеличению растворения кислорода и обеспечивают более равномерное распределение растворенного кислорода. В стоячих водоемах пополнение кислорода происходит в основном за счет диффузии и фотосинтеза, в результате чего между поверхностным и донным слоями может легко возникать значительная разница в содержании растворенного кислорода, а донный слой может находиться в состоянии гипоксии. |
| Дыхание водных организмов и разложение органического вещества | Потребление растворенного кислорода | Биологическое дыхание (например, C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + энергия) и разложение органического вещества являются процессами, потребляющими кислород. Избыток органического вещества в воде и несвоевременное пополнение запасов кислорода приводят к резкому снижению содержания растворенного кислорода |
2.3 Что влияет на степень насыщения растворенным кислородом?
Как правило, на насыщенность воды растворенным кислородом в значительной степени влияют температура воды, глубина и соленость: чем выше температура воды, тем ниже значение насыщенности растворенного кислорода в воде.
Чем выше давление, тем ниже значение насыщенного содержания растворенного кислорода в воде. Чем выше уровень солености, тем ниже значение насыщенного содержания растворенного кислорода в воде.
Приведенная ниже таблица носит справочный характер. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения данных по таблице насыщения растворенным кислородом.
3. Измерение содержания растворенного кислорода
Существует несколько методов измерения содержания растворенного кислорода. Один из распространенных способов — использование измерителя растворенного кислорода. Он позволяет быстро и точно определить уровень растворенного кислорода в пробе воды. Еще один традиционный метод — титрование по Винклеру, которое занимает больше времени, но отличается высокой точностью.
