הבנת הסימנים של רמות חמצן מפוכחות בבדיקת מים

התפקיד הקריטי של חמצן מפוכח בהערכה של איכות המים

בדיקות מים עומדות כפרקטיקה בסיסית במדעי הסביבה, הגנה על בריאות הציבור וניהול משאבי מים אחראי.בין חבילת הפרמטרים כי מדענים ואנשי מקצוע איכות מים למדוד באופן שגרתי, מתמוסס חמצן (DO) מדורגת כאחד האינדיקטורים המשפיעים ביותר של בריאות אקולוגית מימית.ללא נתונים מדויקים, מאמצים להגן על שתיית מים, שמירה על דגים, ושליטה בזיהום הופכת יעילה משמעותית פחות.

הבנה רמות אינה רק פעילות אקדמית; יש לה השלכות ישירות על הישרדות של אורגניזמים מימיים, בטיחות של מים פנאי, ויעילות של תהליכי טיפול במים פסולת מים.אם אתה יועץ סביבתי, מפעיל מים עירוני, סטודנט של לימוזינה, או אזרח מודאג המעורב ניטור מקומי שפיכות מים, לשלוט בעקרונות של מדידה חמצן מומסת יהיה לחדד את היכולת שלך להעריך איכות עם ביטחון.

מה זה חמצן מפוכח?

חמצן מפוכח מתייחס לחמצן המולקולרי (O2) הנמצא במים, לא לאטומי החמצן שמקשרים כימית מימן במולקולה המים עצמה.חמצן חופשי זה זמין לנשימה על ידי דגים, מופנמים, חיידקים ואורגניזמים מימיים אחרים.Do בדרך כלל מובעים במ"מ לליטר (mg / L) או אחוז של משיכה, אשר נמדד לטמפרטורה מקסימלית לטמפרטורה נתונה.

השמנת יתר של חמצן במים נשלטת על ידי חוק הנרי, הקובע כי ריכוז גז בנוזל הוא פרופורציה ללחץ החלקי של גז זה מעל הנוזל.בגובה הים וב-20 מעלות צלזיוס, ריכוז הישבן של חמצן במים מתוקים הוא בערך 9.1 מ"ג / L. עם זאת, ערך זה משתנה באופן משמעותי עם טמפרטורה, סלניות, לחץ אטמוספירפרי, ולכן הוא לעתים קרובות ריכוז משמעותי יותר מאשר ריכוז.

הכימיה הפיזית של חמצן במים

חמצן נכנס למים בעיקר באמצעות שני מנגנונים: דיפוזיה מהאווירה ופוטינזה על ידי צמחים מימיים ואצה. דיפוזיה אטמוספרית מתרחשת בממשק המים, שבו מולקולות חמצן נעות מהאוויר אל תוך המים עד שאיזון מתקרב.תהליך זה איטי יחסית במים עדיין אך ניתן להאיץ על ידי זעזועים כגון רוח, גלים, או תמונות מהירות.

חמצן נצרך במים באמצעות הנשימה על ידי אורגניזמים מימיים ודרך הפירוק המיקרוביאלי של חומר אורגני. כאשר כמויות גדולות של חומר אורגני & mdash; כגון ביוב, שפכים חקלאיים, או טיהור אצות ומדש; להיכנס לגוף מים, חיידקים אירוביים להכפיל כדי לשבור אותו, צריכת חמצן בקצב שיכול לעלות על שיעור החמצן של החילוף מחדש, או חוסר איזון פוטנציאלי.

מדוע חומרים חמצן מפוכחים לחיים במים ולבריאות האדם

החשיבות של חמצן מומס משתרעת מן המיקרואורגניזמים הקטנים ביותר למיני הדגים הגדולים ביותר ובסופו של דבר לבני אדם שתלויים במשאבים במים בריאים.רמות חמצן מכתיבים שמינים יכולים לשרוד בגוף מים נתון, להשפיע על ההתנהגות הכימית של מזהמים, ומשמשים כאינדיקטור עיקרי לעומס זיהום אורגני.

בריאות Ecosystem ומגוון ביולוגי

מינים מימיים שונים יש דרישות חמצן שונות.דג קר-מים כגון trout וסלמון בדרך כלל דורשים ריכוזים של DO מעל 6 מ"ג / L, בעוד מינים מים חמים כמו בס וחתול יכול לסבול רמות נמוכות כמו 3 עד 4 מ"ג / L. Invertebrates כגון רמות אבן-ספאם ו- זחלי הם רגישים מאוד לחמצן ונוכחותם או שימוש על ידי צריכת דגים 1 מ"מ"ל"מ"מ"מ"מ / 2 ליטרים"ל.

מעבר לדגים הורגים, תנאי חמצן נמוכים משנים את המבנה של קהילות מימיות. Hypoxia מעדיף מינים כי הם סובלניים של חמצן נמוך, כגון תולעים מסוימות וזחלות אמצעge, תוך חיסול מינים רגישים.שינוי זה מקטין המגוון הביולוגי ויכול לפגוע בתפקודים המערכת האקולוגיים כגון רכיבה על אופניים ועיבוד חומרים אורגניים.

בריאות האדם ובטיחות המים

בעוד חמצן מומס אינו עצמו זיהום הגורם ישירות למחלה האנושית, הוא משמש פרמטר של שלחניאל לבעיות איכות מים המשפיעות על בריאות האדם. רמות נמוכות DO מצביעות לעתים קרובות על נוכחות של זיהום אורגני משפכים, ממחישות, או פסולת לעיבוד מזון, אשר עשוי להכיל פתוגנים כגון חיידקים, וירוסים, ופרוזוה. ניטור מסייע לזהות אזורים שבהם סיכונים אלה הם כנראה נוכחים, להנחות החלטות על טיפול במים, שימוש בהגבלות על עבירות מזון, שימוש בהגבלות על עבירות, שימוש בהגבלות על מנת להגבלות על מנת להשתמש בהגבלות על מנת לסגירת דגים, וירוסים, וירוסים, וירוסים, והגבלות.

יתר על כן, חמצן ממלא תפקיד בשליטה על הסוללה והזמינות הביולוגית של מתכות.במים מחוסנים היטב, ברזל ומניגנזים צורה בלתי פתיר כי לפני הכלה מתוך פתרון, צמצום הריכוז שלהם בעמודה מים. בתנאים דל-אוקסגנים, מתכות אלה הופכות כה מלוטשות ויכולות להגיע לרמות מזיקות.

גורמים מרכזיים המשפיעים על רמות חמצן פתורות

ריכוזים במים טבעיים אינם סטטיים; הם משתנים עם קשקשים של זמן החל משעות לעונות ומחוצה לו מרחבי ⁇ s מן פני השטח ועד לתחתית.

טמפרטורה

הטמפרטורה היא הגורם הפיזי החשוב ביותר השולט בכוליה.כפי שטמפרטורת המים עולה, את העודף של חמצן יורד.מערכת יחסים זו הוא היטב מצופה וצפוי.לדוגמה, ב 0 ° C, מים מתוקים טהורים ברמת הים יכולים להחזיק בערך 14.6 מ"ג / ליטר חמצן, אבל ב 30 מעלות צלזיוס, הערך השטבה טיפות בערך 7.5 מ"ג / L זה אומר חם כי מים פחות חום, כמו חמצן או יותר, כמו חמצן אורגני.

נאמנות

מלחים מפוכחים להפחית את השטף של חמצן במים.עבור כל עלייה של 10 חלקים לאלף (ppt) בסליניות, סולמות חמצן יורדות בכ-10% עד 15%. בסביבות estuarine שבו מים מתוקים וימי ים תערובת, לעשות דינמיות מורכבות יותר כי סלמון, טמפרטורה, וניקוי כל תוכניות אינטראקציה.

לחץ אטמוספירי ואלביטו

הלחץ החלקי של חמצן באווירה יורד עם גובה גדל, אשר מפחית את הכוח המניע עבור דיפוזיה חמצן למים. בגובה גבוה יותר, ריכוז השטחה של DO נמוך יותר מאשר ברמת הים. תחנת ניטור בגובה 2,000 מטרים צריך לצפות באופן טבעי נמוך יותר קריאה מאשר אתר דומה ברמת הים, אפילו בתנאים פתע.זו סיבה נוספת לכך שאחוזי משיכה לעתים קרובות יחסית למטרות ריכוז מוחלט.

זרימה ורוטליות

העברת מים מתחדשת מהר יותר מאשר מים עדיין כי זעזוע מגביר את השטח הזמין עבור החלפת גז ומערבב פיזית מים משטח עשיר חמצן עם שכבות עמוקות יותר. זרמי הרים מהירים בדרך כלל יש ריכוזים ליד ריצוף, בעוד איטי-מכנסים עמוקים, אגמים עמוקים ומא המאגרים לעתים קרובות להראות ⁇ אנכיים בחמצן.

תמונות ונשימה

צמחים ימיים, אצות, וצ'ינבולריה מייצרים חמצן במהלך פוטוסינתזה בנוכחות אור השמש.זה יכול להוביל מחזורי diurnal (דאלי) ב DO, עם ריכוזים שיא המתרחשים בשעות אחר הצהריים המאוחרות וריכוזים מינימליים רק לפני השחר. in eutrophic עם אלגדילים צפופים, נדנדה אלה יכולים להיות קיצוניים, עם עלייה של מעל 200% ומינימום ריכוזים בדיוק לפני שחר.

המונחים: Organic Matter

הביקוש לחמצן הביולוגי (BOD) המופעל על ידי פסולת אורגנית הוא אחד הגורמים המשמעותיים ביותר של מחיקת חמצן במים מזוהמים.כאשר חומר אורגני נכנס לגוף מים, חיידק hetroc לצרוך חמצן כדי חמצון כדי למנוע את החומר לפחמן דו חמצני ומים.קצב צריכת חמצן תלוי בסוג ובריכוז של חומר אורגני, חום מים, ואת הקהילה המיקרוביאלית הנוכחית של Bouts, כמו מזון קצר, או מחוספסים, או ממרחקים במהירות, או מחמצן, או מחמצן, או ממרחק קצר, או מחמצן, יכול להיות מחמצן, או מחמצן, או מחמצן, או מטווח קצר.

תבניות עונתיות ו Vertical בחמצן מפוכח

באגמים עמוקים ומאגרים שחווים stratification תרמי, דינמיקת DO מושפעת מאוד על ידי מחזורי ערבוב עונתיים.במהלך הקיץ, אפילדיון חם ועשיר בחמצן מתפרסמת על קור, hypolimnion צפוף יותר שמקבל התחדשות מוגבלת מהאווירה.אם ההיפומליון הופך מבודד ואורגני מצטבר במים העמוקים יותר, חמצן יכול להיות נצרך מהר יותר מאשר הוא reapleed to beated ampicic זה יכול להיות מופץ על ידי כדור הארץ כולו.

אזורי מת חוף, כגון אלה שיוצרים עונתיים במפרץ מקסיקו, הים הבלטי, מפרץ צ'ספסייק, תוצאה מאותו תהליך בסיסי. זיהום תזונתי מפלט חקלאי מעורר אלגל פורח במים פני השטח.כאשר האצה מתה וטביעה, הדה-קומפוזיציה שלהם צור חמצן במים התחתונים, יצירת אזורים עצומים שבהם חמצן נמוך מדי לתמיכה מרבית החיים הימיים האלה הפכו לזמנים קשים יותר ויותר, והופכים למזג אוויריים קשים יותר, על ידי שינויים קשים בעולם.

שיטות ל- Measuring Dissolved Oxygen

מדידה מדויקת של חמצן מומס חיונית לכל הסיבות שנדונו לעיל.קיימות שיטות רבות, כל אחת עם כוחות משלה, מגבלות ויישומים מתאימים.בחירת השיטה הנכונה תלויה במטרות ניטור, טווח DO הצפוי, ממטריקס המים, והתקציב הזמין.

Winkler Titration (שיטת Chemical Method)

שיטת Winkler שפותחה בשנת 1888, נותרה תקן ההתייחסות של מדידת מינון ביישומים רגולטוריים ומחקריים רבים.בהליך רטוב זה, דגימת מים נאסף ללא חשיפה לאוויר ו מטופלים עם סדרה של רטינים לתקן את החמצן המתמוסס כתרכובת צבעונית.הדגם הוא לאחר מכן titrated עם פתרון סטנדרטי של פיסטופט כדי לקבוע את ריכוז החמצן.

חיישן אלקטרו-כימי (Clark-Type Probes)

חיישני קוטב מסוג קלארק היו עבודת המדידה של שדה במשך עשרות שנים.הבדיקות הללו מורכבות מקטפל פלטינה ואבן כסף שקועה בפתרון אלקטרוליט ומפוזרים מהדגימה על ידי מזכר חמצן שניתן לחמצן.כאשר מתח מוחל, חמצן מטבוליט דרך המחבט מופחת בקטו, ומייצר כיום יחסי לחץ אמין ומדורגת אותי, אך הם זקוקים לבדיקות חמצן מתאימות יחסית, אך הן לדלקתיות, אך הן דורשות, אך הן ממין והן למנתן, הן ממין, הן ממין, הן מדגימות, הן ממין והן מדגימות, הן דורשות, הן ממין, הן מדגימות, הן מדגימות, הן מדגימות, הן ממין והן ממין, הן ממין והן מדגימות, הן מדגימות חמצן והן דורשות, הן מדגימות חמצן והן מדגימות, הן ממין והן ממין והן ממין יעיל למדי, הן ממין, הן ממין והן ממין והן דורשות, הן מדגימות חמצן והן ממין, הן מדגימות חמצן והן דורשות, הן דורשות, הן מדגימות, הן מדגימות חמצן והן מדגימות, הן מדגימות, הן מדגימות, הן,

חיישנים חמצן אופציונלי

חיישני DO אופטיים, המכונה לעתים קרובות חיישנים מומסים חמצן (LDO) הפכו פופולריים יותר בשנים האחרונות.חיישנים אלה משתמשים בצבע פלואורסנט אשר מוטבע בנוכחות חמצן. A Light-emitting diodeites צבע, ואת החיישן מודד את קצב של דעיכה פלואורנס, אשר מתאם באופן הפוך עם ריכוז אופטי לא לצרוך חיישנים אלקטרוכימיים במיוחד, הם פחות ממעבדים, או יותר מאשר תהליכים אלקטרו-דלקתיים.

שיקולים מקיפים

ללא קשר לשיטת המדידה, טכניקת שדה נאותה היא קריטית להשגת נתונים מדויקים של DO.דגימות צריך לאסוף מעומק העניין מבלי להציג בועות, אשר יכול להגדיל באופן מלאכותי את DO. במים זורמים, את הבקבוק בדיקה או מדגם צריך להיות ממוקם מול הזרם.

מידע על Dissolved Oxygen

מספרי ריכוז של Raw DO משמעותם מעט ללא קשר.מידע של Interpreting DO דורש ידע של תנאי הבסיס האופייניים של גוף המים, הטמפרטורה וההצלה בזמן המדידה, זמן היום והעונה, ואת הסטנדרטים הרגולטוריים החלים או קריטריונים באיכות המים.

ערכים טיפוסיים בגופים שונים

זרמי הרים פריסטין לעתים קרובות יש ריכוזים בין 8 ל 12 מ"ג / L, קרוב לסאירה. נהרות גדולים באקלים ממוזג בדרך כלל נע בין 5 ל 10 מ"ג / L בהתאם לתנאי העונה וזרימה. Lakes להראות יותר גמישות עם עומק ועונה; מים על פני השטח עשויים להיות קרוב התיישבות בעוד מים מתחתיים בין 5 מ"ג / ל 0 מ"ג / L במערכות אטוטרופיות.

דרישות להגנה על חיים

קריטריונים איכות המים עבור DO משתנים על ידי סמכות שיפוט ו סיווג חיים מימיים.סוכנות הגנת הסביבה של ארצות הברית ממליץ על מינימום DO של 4.0 מ"ג / L עבור דגים מים חמים ו 6.5 מ"ג / L עבור קר מים דגים, אם כי ערכים אלה כפופים להתאמות ספציפיות המדינה. מסגרת המים של האיחוד האירופי דורש מדינות חבר לפתח קריטריונים שמגנים על מעמד אקולוגי, עם תנאים שונים על ידי סוג של מינים מעשיים, נחשב בדרך כלל 2 מ"ג / 2 מ"ג / 2 ליטר מים מתוחים / 2 ליטרים / L של חשיפה חיה על פני רמות לחץ דם נמוך יותר מ"ל דורש מצבים בדרך כלל דורש מצבים מסוכנים.

מגמות זמניות ותכניות מעקב

דגימות לתפוס יחיד יש כוח מפרשים מוגבל.הגישה המחוסנת ביותר להעריך תנאי DO כרוכה ניטור שגרתי לאורך זמן כדי ללכוד את הגמישות הדיורורית ועונהית. ניטור ארוך-לטווח לאורך נהר או estuary יכול לזהות מקורות זיהום ואזורי התאוששות.FLT:0 [WHO] הנחיות לשתייה-מים איכות מים 1 מדגיש את החשיבות של ניטור מגמה עבור פרמטרים המשפיעים על טיפול ומערכת שלמות.

ניהול ושיפור רמות החמצן

כאשר בעיות DO מזוהות, מגוון של אסטרטגיות ניהול ניתן לפרוס בהתאם לגורם ולהיקף הבעיה.עבור זיהום מקור נקודה, צמצום השחרור של פסולת אורגנית באמצעות טיפול משופר הוא לעתים קרובות הפתרון היעיל ביותר. עבור מקורות שאינם נקודות כגון ריצה חקלאית, שיטות ניהול הטובות ביותר כולל שימור, כיסוי, ותוכניות ניהול תזונתי יכול לעזור להפחית את צריכת החמצן נכנס למים.

הנדסה Interventions

במצבים בהם החייאה טבעית אינה מספקת, מערכות ההזרקה ממונדסית ניתן להתקין כדי להשלים חמצן.אלה כוללים מאיצים משטח, מערכות התחמשות מטבולות, וציוד הזרקת חמצן.מערכות כאלה משמשים בדרך כלל בצמחים לטיפול במים, חקלאות ימית שוקעת, וכמה אגמים ומא המאגרים הסובלים מ hypoxia כרונית.העיצוב של מערכות aeration חייב להיות בשימוש בדרך כלל עבור נפח של מים, טיפול חמצן, טיפול, טיפול, טיפול בגירעון אנרגיה, ועלויות.

גישה נשנית

הפתרונות העצומים ביותר להפחתה בשורשים בקנה מידה המים.אסטרטגיות הפחתת חומרים מזינים, ייעלו פרויקטים לשיקום טבעיים, והגנה על מפגעים קרועים ולספק צל כדי לשמור על טמפרטורות מים קרירות כל לתרום לשיפור משטרי DO.FLT:0 המשאבים המזיקים של EPA לפריחה מ- 1FLT:1, לספק הדרכה על מנת לשפר את תנאי ניהול החמצן והפחתת התדירות.

דרישות חמצן ביוכימי וצריכת חמצן כימית

מדד חמצן מפונק קשור ישירות לשני פרמטרים חשובים: הביקוש לחמצן ביוכימי (BOD) וביקוש לחמצן כימי (COD) מדדים את כמות החמצן שמיקרואורגניזמים צרכו תוך כדי מחיקה של חומר אורגני בדגימה על פני תקופה מסוימת של בידוד, בדרך כלל חמישה ימים ב-20 מעלות צלזיוס משתמש סוכן חמצן כימי כדי למדוד את החומר החמצן הכולל מדגם COFalated, כולל תרכובת:

מסקנה

חמצן מפוכח הוא הרבה יותר ממספר אחד על דו"ח איכות מים; זהו אינדיקטור דינמי, אינטגרטיבי המשקף את הבריאות הפיזית, הכימית והביולוגית של מערכות אקוויטיות.הבנת הגורמים השולטים ב-Do, השיטות למדידה במדויק, ואת ההשלכות של רמות ריכוז שונות מאפשרות למדענים, הרגולטורים ומנהלי מים לקבל החלטות מושכלות שמגנות על בריאות האדם ועל הסביבה.