Какое количество кислорода содержится в воде
Концентрация растворенного кислорода в воды — характеристика полезности и качества субстанции. В жидкости химический элемент содержится в виде молекул О2. Их объем определяет биолого-химическое и экологическое состояние субстанции. Низкая концентрация кислорода указывает на сильное биологическое или (и) химическое загрязнение воды. 
Определение объема О2 крайне важно и для проверки состояния сбрасываемых сточных вод, и для природной воды в водоемах, и для питьевой воды. Каким должно быть нормальное содержание растворенного кислорода в воде, и как его отсутствие или перенасыщение влияет на здоровье? Какие существуют методы расчета объема молекул О2?
Растворимость и концентрация
ВОЗ не устанавливает особых требований к содержанию кислорода в питьевой воде. Его концентрация более важна для природных источников, ведь кислородный режим определяет экологическую чистоту и качество жизни пруда, водоема, речки и пр. А они в свою очередь влияют на окружающую обстановку. Поэтому регулярное и грамотное определение растворенного кислорода в воде играет основополагающую роль в поддержании санитарно-эпидемиологической обстановки.
Основной источник поступления молекул О2 — атмосферные воздушные массы. Поверхностные воды абсорбируют их из воздуха. Фотосинтез — второй источник. Зеленые организмы в водоемах в результате воздействия на них света активно продуцируют кислород. Незначительное его количество поступает в водоемы и подземные источники с талыми и дождевыми водами. Но несмотря на стабильное поступление О2, концентрация растворенного кислорода в воде непостоянна и изменяема:
- окислительные процессы;
- дыхание растворенным в воде кислородом организмов, живущих в водоемах;
- загрязнения. На коэффициент насыщаемости влияет минерализации субстанции, ее температуре и давление. Зависимость следующая: чем выше температура и минерализация (при условии уменьшения давления), тем ниже концентрация (хуже растворимость) молекул О2.
Согласно ГОСТ, растворенный кислород в воде водоемов и прудов должен находиться в пределах 75-80% (4.5-6.5 мг/дм3). Состояние поверхностных вод в этом случае считается нормальным. Жизнедеятельность водоема и экологическая обстановка считаются допустимыми. В таблице ниже показано, при какой температуре кислород растворим в воде лучше всего.
| Растворимость, мг/дм3 | Температурная зависимость, 0С |
| 14.6 | |
| 11.3 | 10 |
| 9.1 | 20 |
| 7.5 | 30 |
| 6.5 | 40 |
| 5.6 | 50 |
| 4.8 | 60 |
| 2.9 | 80 |
| 0.0 | 100 |
Влияние содержания О2 на характеристики питьевой воды
Несмотря на то, что ПДК растворенного кислорода в воде установлен только для природных источников, известно, что его низкая концентрация способствует резкому снижению качества жидкости. Малый объем О2 приводит к:
- активному выделению железа;
- восстановлению нитратов в нитриты (достаточный объем растворенного кислорода в питьевой и природной воде предупреждает микробиологическое восстановление множества химических элементов, которые присутствуют в водопроводной субстанции);
- замене сульфатов в сульфиты;
- ухудшению органолептических и микробиологических показателей водопроводной жидкости.
Без достаточного объема молекул О2 питьевая субстанция становится непригодной для употребления. Процессы микробиологического восстановления ухудшают ее качественный состав. Специалисты рекомендуют проводить измерения растворенного в воде кислорода, что даст возможность контролировать воздействие некачественной жидкости на организм. Устраняют проблему установкой систем фильтрации, озонирования и минерализации.
Как провести измерения объема О2 в воде?
Определить насыщенность субстанции кислородом можно в домашних условиях. Сдавать пробы в лабораторию не обязательно. Производители техники предлагают портативные приборы для определения растворенного кислорода в воде с точностью до ± 1.2-3 мг/дм3. Их используют при профессиональной оценке параметра в полевых условиях. Оборудование можно приобрести в специализированных магазинах.
Особенности портативного оборудования:
- стерилизуемый (некоторые модели предполагают дезинфекцию в автоклаве) датчик;
- измерение в двух точках;
- диапазон измерения концентрации, мг/дм3 — 0-30 и более (более точные способы измерения растворенного кислорода в воде регулируются ПНД Ф, который можно найти в сети);
- измерение параметров температуры, диапазон 0С — от 0 до +70;
- высокая чувствительность сенсора и датчика;
- гидрофобная сверхпрочная мембрана;
- срок эксплуатации при соблюдении рекомендаций производителя — 10-15 лет;
- работа на незначительных потоках и пр.
Применяют анализатор растворенного кислорода в воде для вычисления массовой концентрации О2 и температуры в поверхностных субстанциях, питьевой жидкости, водоемах и иных рыбоводческих объектах, технологических процессах. После замера, полученные данные нужно сравнить с нормами растворенного кислорода в воде из различных источников. Некоторые модели приборов проводят эту операцию автоматически. Более детальный анализ проводят, если класс качества низкий.
| Класс качества, уровень токсичности | Содержание О2 | ||
| Летний период, мг/дм3 | Зимний период, мг/дм3 | Насыщенность, % | |
| I класс, очень чистые | 9 | 13-14 | 95 |
| II класс, чистые | 8 | 11-12 | 80 |
| III класс, умеренно загрязненные | 6-7 | 9-10 | 70 |
| IV класс, загрязненные | 4-5 | 4-5 | 60 |
| V класс, грязные | 3-2 | 1-4 | 30 |
| VI класс, очень грязные | |||
На экологическую обстановку окружающей среды оказывают влияние и сбрасываемые в нее загрязненные воды. Они также подлежат анализу на уровень токсичности. Портативные анализаторы способны выявлять растворенный в воде кислород в сточных водах и подсчитывать его концентрацию. Результаты и более глубокие методы оценки насыщенности О2 описаны в природоохранных нормативных документах. Они доступны в сети.
Источник
Добавлено: 17.07.2017
Кислород в воде искусственного водоёма.
При создании водоёмов для рыб особое внимание стоит уделить вопросу изучения кислородного режима водоёмов, так как наличие в воде водоёма растворенного кислорода – обязательное условие существования большинства водных организмов. Потребность в кислороде у отдельных видов рыб различна. Так, для нормально жизнедеятельности лососевых концентрация кислорода должна быть 8-11 мг/л, а для карповых – 5-8 мг/л. При концентрации кислорода 3 мг/л карп становится беспокойным, хуже питается, а при падении уровня кислорода до 1,2 – 0,6 мг/л (в зависимости от температуры воды) возникает угроза гибели рыбы. От насыщения воды кислородом зависит жизнедеятельнсть рыб. При падении содержания кислорода ухудшаются условия питания рыб, снижается их рост, понимается устойчивость ко многим неблагоприятным факторам внешней среды, в том числе к ядам промышленных и бытовых сточных вод.
Содержание растворенного в воде кислорода зависит от двух процессов, проходящих одновременно в водоеме. С одной стороны, это процессы, обогащающие воду кислородом. К ним относятся фотосинтез растений, а также поступление его из атмосферы, с другой стороны, уменьшаеющие его содержание в воде различные окисилтельные процессы. (см. рис.)
Баланс кислорода в водоёме.
Мощный источник обогащения воды кислородом – процесс фотосинтеза водных растений. Интенсивность его зависит от развития водорослей, температуры и освещения воды. Второй источник – атмосфера, кислород которой может поглащаться поверхностными слоями воды. Насыщение воды кислородом этим путем значительно ускоряется при интенсивном разбрызгивании, течении, ветровом перемешивании.
Расходование кислорода, растворенного в воде искусственного водоёма.
Кислород расходуется на различные окислительные процессы, в том числе и дыхание водных организмов. Потребление кислорода рыбами приведено в Таблице 1.
| Средняя масса особи, г | Температура, 0С | |||
| 5 | 10 | 15 | 20 | |
| Карповые | ||||
| 0,5 | 48 | 95 | 161 | 252 |
| 1,0 | 44 | 86 | 146 | 229 |
| 5,0 | 36 | 70 | 118 | 187 |
| 10,0 | 32 | 62 | 107 | 168 |
| 50,0 | 26 | 50 | 85 | 133 |
| 500,0 | 13 | 36 | 62 | 94 |
| Осетровые | ||||
| 0,5 | 68 | 132 | 226 | 351 |
| 1,0 | 60 | 116 | 198 | 310 |
| 5,0 | 44 | 85 | 146 | 230 |
| 10,0 | 38 | 75 | 128 | 200 |
| 50,0 | 31 | 55 | 94 | 148 |
| 500,0 | 22 | 44 | 74 | 117 |
| Лососёвые | ||||
| 0,5 | 78 | 150 | 257 | 403 |
| 1,0 | 73 | 142 | 242 | 380 |
| 5,0 | 67 | 127 | 218 | 337 |
| 10,0 | 62 | 118 | 204 | 318 |
| 50,0 | 54 | 104 | 176 | 278 |
| 500,0 | 45 | 86 | 149 | 232 |
Таблица 1. Потребление кислорода рыбой (мг/кг/ч)
Значительное количество кислорода используется на окисление органических веществ. Например:
- За сутки донные отложения на 1 м2 дна поглощают от 0.4 до 1.6 г кислорода.
- Не съеденный рыбой 1 кг корма, окисляясь, поглащает от 10 до 50 г кислорода.
В результате изменения температуры воды, освещенности и влияния других факторов в водоёмах наблюдаются периодические сезонные и суточные колебания в количестве кислорода, растворенного в воде. Поэтому в водоёмах с рыбой обязательно необходимо постоянно контролировать уровень содержания кислорода в воде.
Определение содержания растворенного кислорода в воде.
Определение содержания растворенного кислорода в воде проводят по методу Винклера. Он основан на способности гидрата закиси марганца реагировать в щелочной среде с кислородом, растворенным в воде. Гидрат закиси марганца связывает кислород с образованием осадка гидрата окиси марганца. После добавления кислоты осадок растворяется и раствор в зависимости от количества выделившего иода окрашивается в коричневый цвет различной интенсивности. Выделившийся иод титруют раствором гипосульфата. По количеству гипосульфита, израсходованного на титрование пробы, рассчитывают количество кислорода.
Пробу воды на кислород берут с помощью батометра или других приспособлений. Из батометра пробу переносят в специальные кислородные склянки с притертыми пробками. После этого приступают к фиксации кислорода. Для этого в склянку объемом 100-150 мл вводят 2 мл раствора хлористого марганца MnCl2 и 2 мл раствора едкого натра с иодистым калием (NaOH+KI). Пипетку с реактивами погружают в склянку и затем по мере выливания из них реактива поднимают вверх. Для каждого реактива должна быть своя пипетка, помеченная каким-либо способом. После прибавления хлористого марганца и щелочи склянки зкрывают и содежимое тщательно перемешивают. Когда осадок опустится на дно, склянку открывают и пипеткой воодят 5 мл серной кислоты (1:4) или концентрированной соляной кислоты. Затем склянку закрывают и перемешивают. После растворения осадка из склянки берут пипеткой 50 или 100 мл исследуемой воды, переносят в коническую колбу на 200-250 мл и титруют 0,01 н. или 0, 02 н. раствором гипосульфита до слабо-желтого цвета. После этого к пробе добавляют 1 мл крахмала и окрасившийся в синий цвет раствор титруют до обесцвечивания. Учитывают все количество гипосульфита, пошедшее на титрование.
Расчет количества кислорода О2, растворенного в воде, проводится по следующей формуле, мг/л:
Количество растворенного кислорода = (П*К*N*8*1000) / (О-о1)
,где:
- П – количество 0,01 н. раствора гипосульфита, израсходованного на титрование пробы, мл;
- К – поправка на нормальность гипосульфита;
- N – нормальность раствора гипосульфита;
- О – объем пробы, мл;
- о1 – объем прибавленных реактивов, мл;
- 8 – коэффициент пересчета на кислород (1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита соответствует 0,08 мг кислорода).
Например, на титрование пробы пошло 7,1 мг гипосульфита; поправочный коэффициент К раствора гипосульфита – 0,9; объем пробы, взятой на титрование, 100 мл. Содержание кислорода О2, растворенного в воде, равно:
(7,1*0,9*0,01*8*1000) / (100-2) ≈ 5,2 мг/л
Относительное содержание кислорода в воде искусственного водоёма.
При анализе кислородного режима водоёма важно знать не только абсолютное количество кислорода, растворенного в воде, но и его относительное содержание – процент насыщения от нормы при данной температуре.
По относительному содержанию кислорода судят о напряженности окислительных процессов в водоёме.
Таблица 2. Содержание кислорода, растворенного в воде в зависимости от температуры.
| t, 0C | Равновесные концентрации кислорода, мг/л | |||||||||
| 0,0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | |
| 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 | 12,62 | 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 | 10,82 | 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 | 10,19 | 10,17 | 10,15 | 10,12 | 10,10 | 10,08 | 10,07 | 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 | 8,90 | 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 | 8,08 | 8,07 | 8,06 | 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 |
Пример. Предположим, что содержание кислорода в водоёме составляет 5,7 мг/л. Температура воды 240С. Необходимо рассчитать относительное содержание кислорода. Из Таблицы 2 находим, что при данной температуре должно быть 8, 33 мг/л растворенного в воде кислорода. Тогда относительное содержание кислорода составит:
8,33 – 100 %
5,7 – х %
х = 5,7 * 100 / 8,33 = 68,4%.
Относительное содержание кислорода в воде при данной температуре – 68,4%.
Советуем ознакомиться:
Садовый аквариум
Углерод и карбонаты в воде искусственного водоёма
Источник
Растворенный кислород не совпадает с кислородом, содержащимся в молекуле воды. Кислород проникает в воду за счет диффузии из окружающего воздуха, при аэрации, и в качестве побочного продукта фотосинтеза.
В то время как воздух на 21% состоит из кислорода, содержание кислорода в воде только 0,001%! Растворенный кислород измеряется или в миллиграммах на литр (мг/л) или в процентах насыщения. Количество кислорода в литре воды определяется как миллиграммы на литр.
Живым организмам в озерах, реках, ручьях и океанах нужен кислород, чтобы выжить. Поэтому с биологической точки зрения уровень кислорода является гораздо более важным показателем качества воды, чем бактерии кишечной группы. Кроме того, кислород влияет на огромное количество других показателей воды, не только биохимических, но и органолептических, таких как запах, прозрачность и привкус. Таким образом, кислород, пожалуй, один из основных показателей качества воды.
Адекватное количество растворенного кислорода необходимо для хорошего качества воды.
Кислород является необходимым элементом для всех форм жизни. Когда доля растворенного кислорода в объеме воды ниже 5,0 мг/л, жизнь организмов, обитающих в воде, ставится под угрозу. Уровень кислорода, не превышающий значение 1-2 мг/л, в течение нескольких часов может привести к смерти крупной рыбы.
Количество растворенного кислорода в воде может зависеть от температуры (больше кислорода в холодной воде), давления (больше кислорода растворится в воде при большем давлении) и солености (больше кислорода в воде низкой солености). Распад органического материала в воде, вызванный или химическими процессами, или действием микробов в неочищенных сточных водах, или мертвой растительностью может серьезно снизить концентрацию растворенного кислорода. «Отработанная» вода, сбрасываемая в открытые источники после охлаждения оборудования на производствах или электростанциях, повышает температуру воды и снижает содержание кислорода.
Количество кислорода растворенного воде в вашем водоснабжении, будет зависеть от нескольких факторов:
Аэрация воды – под высоким давлением сравнительно большее количество кислорода растворяется в воде.
Минеральный состав воды – количество минералов в воде влияет на его способность растворять кислород. Дистиллированная вода поглощает больше кислорода, чем вода с высоким содержанием минеральных солей.
Избыточные питательные вещества приводят к проблеме, известной как «цветение». Это приводит к чрезмерному разрастанию водорослей, что ограничивает поступление солнечного света. Растения умирают без солнечного света, что увеличивает процесс разложения и уменьшает количество растворенного кислорода в воде.
Вода из подземных источников обычно содержит меньше растворенного кислорода, чем вода из поверхностных источников.
К сожалению, именно жизнедеятельность человека сильно влияет на снижение количества растворенного кислорода. Строительство плотин замедляет поток воды, уменьшая аэрацию, и увеличивая температуру. Отходы деятельности человека несут в себе большое количество поглощающих кислород бактерий. Удобрения, попадающие в воду, приводят к цветению.
Есть как положительные, так и отрицательные моменты, содержания растворенного кислорода в питьевой воде.
Растворенный кислород предотвращает химическую реакцию и выщелачивание железа и марганца из осадков в источнике воды, которые, в противном случае, оставляют следы на сантехнике и вызывают вкусовые проблемы.
Кислород облегчает биохимическое окисление аммиака в нитраты, снижает потребность в хлорировании воды и повышает эффективность дезинфекции. Кроме того, высокий уровень растворенного кислорода в целом считается более приемлемым для воды, поскольку кислород добавляет вкус воде, по этой причине небольшое присутствие растворенного кислорода желательно в питьевой воде.
Несмотря на эту желательную особенность, растворенный кислород может быть источником серьезных неприятностей в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Дело в том, что кислород вызывает коррозию, особенно в горячей воде и старых чугунных системах водоснабжения.
Наличие естественного уровня растворенного кислорода в воде особенно нежелательно для промышленных предприятий по следующим причинам:
Кислород повышает коррозию в металлических трубах и соответствующего оборудования, в частности, в системах отопления и системах охлаждения. Эти коррозионные эффекты существенно активизируются при низком значении рН.
Кислород способствует размножению различных организмов и образованию слизи.
Кислород препятствует ряду химических реакций и может привести в браку в некоторых отраслях производства, например, целлюлозно-бумажной.
Ряд химических веществ используются в промышленности для удаления кислорода из водоснабжения. Сульфит натрия наиболее широко используется для этой цели. Он вступает в реакцию с кислородом при высоких температурах с образованием сульфата натрия, таким образом, уменьшая количество кислорода. Для бытовых целей чаще используют полифосфаты, чтобы создать пленку на внутренностях водовода для защиты металла от контакта с кислородом.
Количество растворенного в воде кислорода показывает содержание газообразного кислорода (O2) в водном растворе. Растворенный кислород измеряют или с помощью метода Винклера, или с помощью измерителя и зонда. При определении количества растворенного кислорода существует ряд требований к месту и процессу взятия проб. Специфичность также заключается в том, что анализ лучше всего проводить сразу же после забора образцов, поэтому этот анализ чаще выполняют на месте.
Источник