1. อ็อกซิเจนที่ละลายคืออะไร
ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ (ย่อจาก ทำ) คือปริมาณโมเลกุลออกซิเจน (O₂) ในรูปก๊าซอิสระที่ไม่ได้รวมตัวเป็นสารประกอบ ซึ่งมีอยู่ในน้ำ สามารถจินตนาการได้เหมือนกับเกลือหรือน้ำตาลเมื่อถูกกวนในน้ำ นอกจากนี้ยังเป็นพารามิเตอร์สำคัญในสภาพแวดล้อมทางน้ำ และมีบทบาทสำคัญต่อการอยู่รอดและสุขภาพของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ กล่าวอย่างง่ายๆ ก็คือปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ.
ทำไมออกซิเจนที่ละลายในน้ำจึงสำคัญ?
- สำหรับปลาและสัตว์น้ำอื่น ๆ, ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เหมือนอากาศที่เราหายใจ พวกมันพึ่งพาออกซิเจนเพื่อทำการหายใจและได้รับพลังงานที่จำเป็นสำหรับกิจกรรมประจำวัน ระดับออกซิเจนที่เพียงพอช่วยสนับสนุนการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ที่แข็งแรง ส่วนระดับออกซิเจนที่ต่ำอาจก่อให้เกิดความเครียด โรคภัย และแม้กระทั่งการตายในสัตว์น้ำ.
- นอกจากนี้ยังส่งผลต่อคุณภาพน้ำโดยรวมด้วย ระดับออกซิเจนละลายน้ำ (DO) ที่สูงสามารถช่วยสลายสารอินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งช่วยป้องกันการสะสมของสารอันตราย.
ออกซิเจนที่ละลายในน้ำมาจากไหน และปัจจัยใดที่กำหนดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ?
2.1 แหล่งที่มาของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
(1) ออกซิเจนที่ละลายในอากาศ:
การแพร่กระจายที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับบรรยากาศเป็นแหล่งสำคัญของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลออกซิเจนจะละลายจากอากาศเข้าสู่ผิวน้ำของทะเลสาบหรือแม่น้ำที่สงบอย่างช้าๆ กฎของเฮนรีระบุว่า ความละลายของก๊าซในของเหลวเป็นสัดส่วนกับความดันส่วนของมัน เนื่องจากความดันส่วนในบรรยากาศของออกซิเจนอยู่ที่ประมาณ 21 kPa (ภายใต้ความดันมาตรฐาน) ออกซิเจนจึงละลายลงในน้ำได้ แม้ว่ากระบวนการนี้จะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ การกวนน้ำมีผลต่ออัตราการละลาย: คลื่นที่เกิดจากลมบนผิวน้ำของทะเลสาบจะเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างอากาศกับน้ำ ทำให้การละลายของออกซิเจนเกิดขึ้นเร็วขึ้น.
(2) การสังเคราะห์แสงของพืชในน้ำ:
นี่เป็นแหล่งสำคัญอีกแห่งหนึ่งของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ พืชในน้ำ (เช่น สาหร่าย หญ้าในน้ำ เป็นต้น) จะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกซิเจนออกมาในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสง สมการเคมีของกระบวนการสังเคราะห์แสงคือ 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 ตัวอย่างเช่น ในบ่อน้ำที่มีภาวะยูโทรฟิก สาหร่ายจะเจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว เมื่อมีแสงแดดเพียงพอในช่วงกลางวัน ออกซิเจนที่ผลิตขึ้นจากกระบวนการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายจะทำให้ปริมาณออกซิเจนละลายในน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ บางครั้งอาจถึงขั้นเกินความอิ่มตัว.
2.2 ปัจจัยที่กำหนดปริมาณออกซิเจนละลาย
| ปัจจัยที่กำหนด | ผลกระทบต่อออกซิเจนที่ละลายในน้ำ | คำอธิบายอย่างละเอียด |
| อุณหภูมิ | การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำลดลง | เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนไหวทางความร้อนของโมเลกุลน้ำจะเพิ่มขึ้น และแนวโน้มที่โมเลกุลก๊าซจะหลุดออกจากน้ำก็เพิ่มขึ้นด้วย ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิ 0℃ ระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายในน้ำอยู่ที่ประมาณ 14.6 มก./ลิตร ส่วนที่อุณหภูมิ 30℃ ระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายในน้ำอยู่ที่ประมาณ 7.6 มก./ลิตร |
| ความดันอากาศ | การเพิ่มขึ้นของความดันอากาศจะทำให้ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำเพิ่มขึ้น | ตามกฎของเฮนรี เมื่อปัจจัยอื่น ๆ ไม่เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงของความดันอากาศจะส่งผลต่อปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ พื้นที่ที่มีความสูงมากมีความดันอากาศต่ำและปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำค่อนข้างต่ำ ส่วนพื้นที่ที่มีความสูงต่ำมีความดันอากาศสูงและปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำค่อนข้างสูง |
| ความเค็ม | การเพิ่มขึ้นของความเค็มทำให้ความละลายของออกซิเจนในน้ำลดลง | ไอออนเกลือในน้ำมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลน้ำ ซึ่งทำให้โอกาสที่โมเลกุลออกซิเจนจะรวมตัวกับโมเลกุลน้ำลดลง ความเค็มของน้ำทะเลมักอยู่ที่ประมาณ 32‰ – 37‰ และระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำทะเลนั้นต่ำกว่าน้ำจืดมาก |
| ความไหลลื่นของน้ำ | น้ำที่ไหลสามารถเพิ่มปริมาณออกซิเจนที่ละลายได้ ส่วนน้ำนิ่งมีแนวโน้มเกิดการแบ่งชั้นของออกซิเจนที่ละลาย | แหล่งน้ำที่ไหลอย่างต่อเนื่องจะช่วยให้ผิวน้ำที่สัมผัสกับบรรยากาศได้รับการต่ออายุอยู่เสมอ เพิ่มการละลายของออกซิเจน และทำให้การกระจายตัวของออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเป็นไปอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ส่วนน้ำนิ่งนั้นได้รับออกซิเจนที่ละลายอยู่เป็นหลักจากการแพร่และการสังเคราะห์แสง จึงมักเกิดความแตกต่างอย่างมากของระดับออกซิเจนที่ละลายอยู่ระหว่างชั้นผิวน้ำกับชั้นก้นน้ำ และชั้นก้นน้ำอาจเกิดภาวะขาดออกซิเจน |
| การหายใจของสิ่งมีชีวิตในน้ำและการสลายตัวของสารอินทรีย์ | การบริโภคออกซิเจนที่ละลายในน้ำ | การหายใจทางชีวภาพ (เช่น C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + พลังงาน) และการสลายตัวของสารอินทรีย์ เป็นกระบวนการที่ใช้ออกซิเจน หากมีสารอินทรีย์ในน้ำมากเกินไป และไม่มีการเติมออกซิเจนให้ทันเวลา จะทำให้ระดับออกซิเจนละลายในน้ำลดลงอย่างรวดเร็ว |
2.3 ปัจจัยใดที่มีอิทธิพลต่อระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ?
โดยทั่วไป ระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะเปลี่ยนแปลงได้ง่ายตามอุณหภูมิน้ำ ความลึกของน้ำ และระดับความเค็ม โดยยิ่งอุณหภูมิน้ำสูง ค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายในน้ำก็ยิ่งต่ำ.
ความดันยิ่งสูง ค่าออกซิเจนละลายในน้ำที่ความอิ่มตัวยิ่งต่ำ ยิ่งระดับความเค็มสูง ค่าออกซิเจนละลายในน้ำที่ความอิ่มตัวยิ่งต่ำ.
ตารางด้านล่างนี้เป็นข้อมูลอ้างอิง โปรดติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเกี่ยวกับตารางความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลาย.
3. การวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
มีหลายวิธีในการวัดออกซิเจนละลาย วิธีที่นิยมใช้กันคือการใช้เครื่องวัดออกซิเจนละลาย ซึ่งให้ผลการวัดระดับ DO ในตัวอย่างน้ำได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ อีกวิธีหนึ่งที่เป็นแบบดั้งเดิมคือวิธีไทเทรชันแบบวินคล์เลอร์ ซึ่งใช้เวลามากกว่าแต่มีความแม่นยำสูง.
