You are here

Розчинений кисень

Розчинений кисень є одним з найважливіших розчинених газів, постійно присутніх в поверхневих водах, режим якого в значною мірою визначає хіміко-біологічний стан водойм.

Надходження кисню у водойму відбувається:

  • шляхом дифузіъ з атмосфери;
  • в результаты турбулентного руху води (хвилі, водоспади, вири і т. п.);
  • як побічний продукт фотосинтезу. 

Продукування кисню в процесі фотосинтезу протікає в поверхневому шарі водойми, товщина якого залежить від прозорості води і коливається від декількох десятків сантиметрів до кількох десятків метрів.

Інтенсивність цього процесу залежить від великої кількості різних абіотичних (фізичних і хімічних) і біотичних факторів, які обумовлюють періодичні сезонні і добові коливання концентрацій розчиненого кисню.

В евтрофних водоймах при інтенсивному розвитку фітопланктону (цвітінні водойми) вода поверхневих шарів може виявитися пересичені киснем; це пересичення може досягати значних величин (більше 150%). Це звичайне для періоду цвітіння явище виникає в результаті відставання швидкості виділення кисню в атмосферу від швидкості насичення води киснем в результаті фотосинтезу.

Кисень може також надходити у водойми з дощовими і сніговими водами, які зазвичай пересичені ним.

Головними джерелами надходження кисню в поверхневі води є процеси абсорбції його з атмосфери і продукування в результаті фотосинтетичної діяльності водних організмів.

Збагачення глибинних шарів води киснем – аерація- відбувається в результаті перемішування, в тому числі вітрового, водних мас, вертикальної температурної циркуляції тощо.

У артезіанської воді кисень практично відсутній.

Вміст розчиненого кисню залежить від температури, атмосферного тиску, ступеня турбулізації води, мінералізації води та ін. В поверхневих водах вміст розчиненого кисню може коливатися від 5 до 14 мг/л. 

Концентрація кисню визначає розмір окисно-відновного потенціалу і значною мірою – напрямок і швидкість процесів хімічного і біохімічного окислення органічних і неорганічних сполук.

Величину розчинності кисню при нормальному тиску називають нормальною концентрацією

Відносний вміст кисню в воді, виражене у відсотках його нормального змісту і називається ступенем насичення киснем. 

Рівні концентрації розчиненого кисню можуть змінюватися під впливом температури і інтенсивного руху води. Розчинність кисню у воді залежить від температури: вона підвищується з пониженням температури, тому в холодній воді концентрація кисню вище.

Споживання кисню в воді пов’язано з хімічними і біохімічними процесами окислення органічних і деяких неорганічних речовин (Fe2 +, Mn2 +, NH +, H2S, CH4, Н2 і ін.), А також з диханням водних організмів. Швидкість споживання кисню збільшується з підвищенням температури, кількості бактерій і інших водних організмів і речовин, що піддаються хімічному і біохімічному окисленню.

Достатній рівень концентрації кисню, необхідний для існування всіх форм життя, визначає якість води. Концентрація РК може безпосередньо впливати на популяції водних організмів у водоймі; при дуже низьких концентраціях риба буде страждати від нестачі кисню.

Розчинність кисню в залежності від температури води

Температура води, ° С2мг/дм 3
014,6
1014,6
209,1
307,5
406,5
505,6
604,8
802,9
1000,0

Залежність рівноважної концентрації кисню у воді від температури (атмосферний тиск – 760 мм рт. Ст.)

температура Рівноважна концентрація розчиненого кисню
(в мг / л) при зміні температури на десяті частки ° С (С н )
° С 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0 14,65 14,61 14,57 14,53 14,49 14,45 14,41 14,37 14,33 14,29
1 14,25 14,21 14,17 14,13 14,09 14,05 14,02 13,98 13.94 13,90
2 13,86 13,82 13,79 13,75 13,71 13,68 13,64 13,60 13,56 13,53
3 13,49 13,46 13,42 13,38 13,35 13,31 13,28 13,24 13,20 13,17
4 13,13 13,10 13,06 13,03 13,00 12,96 12,93 12,89 12,86 12,82
5 12,79 12,76 12,72 12,69 12,66 12,52 12,59 12,56 12,53 12,49
6 12,46 12,43 12,40 12,36 12,33 12,30 12,27 12,24 12,21 12,18
7 12,14 12,11 12,08 12,05 12,02 11,99 11,96 11,93 11,90 11,87
8 11,84 11,81 11,78 11,75 11,72 11,70 11,67 11,64 11,61 11,58
9 11,55 11,52 11,49 11,47 11,44 11,41 11,38 11,35 11,33 11,30
10 11,27 11,24 11,22 11,19 11,16 11,14 11,11 11,08 11,06 11,03
11 11,00 10,98 10,95 10,93 10,90 10,87 10,85 11,82 10,80 10,77
12 10,75 10,72 10,70 10,67 10,65 10,62 10,60 10,57 10,55 10,52
13 10,50 10,48 10,45 10,43 10,40 10,38 10,36 10,33 10,31 10,28
14 10,26 10,24 10,22 10,19 10,17 10,15 10,12 10,10 10,08 10,06
15 10,03 10,01 9,99 9,97 9,95 9,92 9,90 9,88 9,86 9,84
16 9,82 9,79 9,77 9,75 9,73 9,71 9,69 9,67 9,65 9,63
17 9,61 9,58 9,56 9,54 9,52 9,50 9,48 9,46 9,44 9,42
18 9,40 9,38 9,36 9,34 9,32 9,30 9,29 9,27 9,25 9,23
19 9,21 9,19 9,17 9,15 9,13 9,12 9,10 9,08 9,06 9,04
20 9,02 9,00 8,98 8,97 8,95 8,93 8,91 9,90 8,88 8,86
21 8,84 8,82 8,81 8,79 8,77 8,75 8,74 8,72 8,70 8,68
22 8,67 8,65 8,63 8,62 8,60 8,58 8,56 8,55 8,53 8,52
23 8,50 8,48 8,46 8,45 8,43 8,42 8,40 8,38 8,37 8,35
24 8,33 8,32 8,30 8,29 8,27 8,25 8,24 8,22 8,21 8,19
25 8,18 8,16 8,14 8,13 8,11 8,11 8,08 8,07 8,05 8,04
26 8,02 8,01 7,99 7,98 7,96 7,95 7,93 7,92 7,90 7,89
27 7,87 7,86 7,84 7,83 7,81 7,80 7,78 7,77 7,75 7,74
28 7,72 7,71 7,69 7,68 7,66 7,65 7,64 7,62 7,61 7,59
29 7,58 7,56 7,55 7,54 7,52 7,51 7,49 7,48 7,47 7,45
30 7,44 7,42 7,41 7,40 7,38 7,37 7,35 7,34 7,32 7,31

Вміст кисню в поверхневих водах є непрямою характеристикою оцінки якості поверхневих вод.  Інтенсивність споживання кисню в глибинних шарах служить гарним індикатором екологічного стану водойми.

Рівень забрудненості порверхневих водойм в залежності від вмісту кисню

Рівень забрудненості води і клас якості

Вміст розчиненого кисню

 

літо, мг / дм 3

зима, мг / дм 3

ступінь насичення,%

Дуже чисті, I клас

9

14 – 13

95

Чисті, II клас

8

12 – 11

80

Помірно забруднені, III клас

7 – 6

10 – 9

70

Забруднені, IV клас

5-4

5-4

60

Брудні, V клас

3-2

5-1

30

Дуже брудні, VI клас

0

0

0

До природних факторів, що впливають на зміну вмісту кисню у водних об’єктах, відносяться:

  • сезонні зміни природних умов, як правило, не впливають на стан екосистеми;
  • екстремальні природні події, наприклад, формування особливо товстого шару льоду. Ці зміни можуть завдати серйозної шкоди екосистемі. можна звести ці зміни до мінімуму. Наприклад, при великій товщині льоду прорубують спеціальні отвори, які сприяють насиченню води киснем;
  • антропогенний вплив: скидання в водні об’єкти речовин, що сприяють зниженню концентрації кисню. Найбільш істотні сполуки азоту і, особливо, фосфору, які стимулюють цвітіння води, тобто розвиток мікроводоростей, при відмирання яких відбувається споживання кисню на окислення органіки.

Де важливий вміст розчиненого кисню

Аквакультура

  • Рослини і деякі водні мікроорганізми здатні розщеплювати молекули води, вивільняючи придатний для дихання кисень. Водні тварини, навпаки, не можуть використовувати для дихання кисень, пов’язаний з воднем в молекулах води. Оскільки для дихання їм необхідні вільні атоми кисню, розчиненого у воді, низькі рівні розчиеного будуть негативно впливати на їх життєздатність. Достаній рівень рівень розчиненого кисню – необхідна умова існування здорової популяції будь-якого виду водних тварин.

Комунальні служби

  • Високі рівні розчиненого кисню в комунальній системі водопостачання сприяють поліпшенню смакових якостей питної води, але в той же час прискорюють корозію водопровідних труб. Крім того, водоскиди різних гідроспоруд, таких як греблі і водосховища, можуть чинити істотний вплив на умови навколишнього середовища, в деяких випадках викликаючи перенасичення води розчиненим киснем. Високі рівні концентрації розчиненого кисню згодом можуть викликати цвітіння води, що призводить до зміни її хімічного складу і може згубно вплинути на водні організми.

Де вимірююють рівень розчинено кисню

  • в акваріумах і риборозплідниках;
  • в дослідницьких лабораторіях;
  • на місцях роботи земснарядів;
  • на гідроспорудах;
  • на озерах, струмках і річках;
  • в системах паводочного оповіщення;
  • в океанах, на узбережжі, в припливів-зонах.

Дегазація. Видалення розчиненого кисню з води.

Кисень в воді є необхідним, він – джерело живлення для бактерій, мікроорганізмів. Але цей елемент – окислювач, підвищений його вміст у воді сприяє передчасному виходу з ладу обладнання, трубопроводів, будучи каталізатором корозії. У воді кисень знаходиться в розчиненому стані. Вода з підземних джерел містить його в малих концентраціях, а з поверхневих – у великих.

Яким має бути зміст кисню в воді, щоб труби та інші металеві елементи конструкції не розривалися, залежить в основному від робочої температури і в деякій мірі від кількості рідини, що протікає через систему.

В конструкціях, по яких тече холодна вода, допустима концентрація кисню у воді не повинна бути вище 0,2 мл / л. 

В основному системи постачання гарячої води транспортують її при температурі 70 °, з метою заощадження елементів від корозії досить буде знизити концентрацію кисню до 0,07 мл / л.

При експлуатації парових систем опалення, тиск в яких не перевищує 17,5 кг / см2, граничний вміст кисню становить 0,02 мл / л. Якщо використовується обладнання з високим тиском або ж встановлені економайзери, бажано домогтися практично повної відсутності кисню в воді, його концентрацію треба знизити до 0,0035 мл / л і нижче.

Способи зниження концентрації в воді розчиненого кисню.

  • Термічний метод заснований на процесах, описаних в законі Генрі.  Згідно з ним, розчинність ідеальних газів у воді при постійній температурі і низькому тиску прямо пропорційна парціальному тиску даних газів над водою. Підвищення температури до рівня насичення при даному тиску знижує до нуля парціальні тиску газів над водою, отже, і розчинність газів у воді знижується до нуля. Внаслідок порушення рівноваги в системі відбувається виділення газів з води. Додатково, нагріта до температури 70 ° С вода, нраприклад, стикається з перфорованим залізним листом, що має велику площу поверхні.  Під час взаємодії заліза з водою кисень витрачається на корозію.
  • Використання сірчано-натрієвої солі. Перед використанням має бути проведена попередня деаерація, під час якої буде видалена основна маса розчиненого кисню, інакш цей метод не буде економічно доцільним.
  • Хімічно-корекційний метод. В основну масу води додається реагент, який вступає в реакцію з розчиненим киснем.

Визначення концентрації розчиненого кисню в воді проводиться методом йодометричного титрування – методом Вінклера, який є широко використовуваним і загальноприйнятим при санітарно-хімічному і екологічному контролі.

Великого поширення в практиці контролю якості води отримали також інструментальні методи визначення рідкого кисню в воді – різноманітні електрохімічні та оптичні методи.

Top