Raztopljeni kisik

 Natisni

Kaj je raztopljeni kisik (DO)? 

Raztopljeni kisik je merska enota za izražanje količine plinastega kisika v vodi. Zdrave vode, v katerih je mogoče življenje, morajo vsebovati raztopljeni kisik (DO).

Raztopljeni kisik vstopi v vodo prek:

  • neposredne absorpcije iz ozračja;
  • hitrega pomikanja vetrov, valov, tokov ali mehanskega prezračevanja;
  • fotosinteze v vodi živečih rastlin kot stranski produkt pri procesih.

Dejavniki, ki prispevajo h koncentraciji raztopljenega kisika v vodi:

  • zračni tlak: višji zračni tlak omogoča vodnim telesom, da zadržijo več raztopljenega kisika. Tlak od zgoraj vodi omogoča, da zadrži več kisikovih molekul. Zato je koncentracija DO v višje ležečih vodah zaradi nižjega zračnega tlaka običajno nižja.
  • Temperatura: vodno telo z nižjo temperaturo lahko vsebuje več raztopljenega kisika, ker se kisikove molekule manj gibljejo. Aktivnejše gibanje kisikovih molekul v toplejših vodah molekulam omogoča, da preidejo iz vode v zrak.
  • Globina vode: plitkejša kot je voda, višja je koncentracija DO, ker veter, ki ustvarja valove, na površini povečuje vsebnost DO, poleg tega vodne rastline, ki živijo v plitkejši in svetlejši vodi, DO proizvajajo kot stranski produkt fotosinteze.
  • Slanost: nižja slanost prispeva k višji koncentraciji DO, saj soli vplivajo na topnost plinov in jih izrivajo iz vode.
  • Biološka aktivnost: manjša biološka aktivnost mikroorganizmov v vodah prispeva k višji koncentraciji DO, saj se mikroorganizmi, ki se prehranjujejo z organskimi in propadajočimi snovmi, porabljajo kisik za dihanje.

V trgovino

Zakaj spremljati raztopljeni kisik?

Merjenje raztopljenega kisika v vodi in obdelava vode za vzdrževanje ustrezne ravni DO sta ključni funkciji pri številnih aplikacijah obdelave vode. Raztopljeni kisik je sicer nujen za ohranjanje življenja in postopkov obdelave, vendar pa je lahko tudi škodljiv, saj povzroča oksidacijo, ki škoduje opremi in škoduje izdelku. Raztopljeni kisik vpliva na:

  • kakovost: koncentracija DO določa kakovost vodnega vira. Če ni dovolj DO, voda postane onesnažena in nezdrava ter vpliva na kakovost okolja, pitne vode in drugih izdelkov;

  • skladnost s predpisi: za zagotavljanje skladnosti s predpisi mora odpadna voda pogosto vsebovati določeno koncentracijo DO, preden jo lahko izpustimo v potok, jezero, reko ali vodni tok. Zdrave vode, v katerih je mogoče življenje, morajo vsebovati raztopljeni kisik;

  • nadzor procesov: ravni DO so ključnega pomena za nadzor biološke obdelave odpadnih voda ter fazo biofiltriranja pri pripravi pitne vode. V nekaterih industrijskih panogah (npr. proizvodnja električne energije) je vsakršna vsebnost DO škodljiva za proizvodnjo pare, zato ga je treba odstraniti, njegovo koncentracijo pa treba natančno nadzorovati.

Pri družbi Hach® so vam na voljo testna oprema, viri, usposabljanje in programska oprema, ki jo potrebujete za uspešno spremljanje in upravljanje ravni raztopljenega kisika v vaši procesni aplikaciji.

Priporočeni izdelki za spremljanje raztopljenega kisika

Senzorji za raztopljeni kisik LDO sc

Naslednja generacija sond HACH LDO® (za luminiscenčni raztopljeni kisik) ne zahteva umerjanja v celotni 2-letni življenjski dobi pokrovčka senzorja, kar pomeni, da lahko z njo začnete meriti raztopljeni kisik pri vrednostih od 0 do 20 ppm takoj, ko jo vzamete iz embalaže.

V trgovino

Prenosni merilniki serije HQ

Naprave serije HQ so namenjene strokovnjakom s področja kakovosti vode, ki želijo izvajati elektrokemične analize za terenska in laboratorijska okolja.

V trgovino

Serija HQ/HQD merilnikov/sond Intellical

Trpežni in vzdržljivi prenosni in laboratorijski merilniki HQD® so zasnovani za to, da strokovnjakom na področju pitne vode in odpadne vode zagotovijo kar največje zaupanje in prilagodljivost.

V trgovino

Sonde intellical

Sonde RED ROD zagotavljajo izjemno zmogljivost in odzivni čas pri najrazličnejših vzorcih v laboratoriju. Trpežne zunanje sonde iz nerjavnega jekla so izredno praktične za analizo na mestu v razponu 0,05–20 ppm.

V trgovino

 

Pri katerih procesih je potrebno spremljanje raztopljenega kisika?

Obdelava odpadne vode

Voda na dotoku, ki vstopa v napravo, ima navadno nizko koncentracijo DO, ker vsebuje organske snovi in mikroorganizme, ki med prehranjevanjem z organskimi snovmi porabljajo kisik.

Spremljanje DO pomaga spodbujati učinkovitost v prezračevalnih bazenih. Z uporabo opreme za spletno merjenje DO lahko obrat zmanjša stroške porabe energije s prilagoditvijo prezračevanja tako, da ustreza DO, ki je potreben glede na organsko obremenitev. Neprekinjeno merjenje in prilagoditve zagotovijo, da imajo mikroogranizmi dovolj zraka za porabo organskih snovi, napravi pa omogoča energetski prihranek z zmanjšanjem prezračevanja, ko je to mogoče. Nadzor prezračevanja pri obdelavi odpadne vode.

Ravni DO je treba povečati v odpadni vodi, ki zapusti napravo, da se izpolnijo minimalne zahteve glede ravni DO, potrebne za zaščito ekosistemov in skladnost z regulativnimi predpisi v zvezi z izpusti. Ti predpisi zagotavljajo, da odpadne vode ne izčrpajo ravni kisika v sprejemnih vodnih poteh.

Ta izravnalni bazen je pomemben korak pri obdelavi vode. Spremljanje raztopljenega kisika zagotavlja, da odpadne vode vsebujejo zadostno količino obnovljenega raztopljenega kisika.

Industrijska proizvodnja pare

Ker povzroča DO korozijo opreme, lahko doseganje nizkih koncentracij DO ali preprečevanje prisotnosti DO prepreči uhajanja, okvare in zastoje proizvodnje.

Hladilni stolpi paro izpuščajo v zrak. Raztopljeni kisik je ključnega pomena pri spremljanju obdelave industrijskih voda za zaščito pred škodljivo korozijo.

Obdelava pitne vode

Spremljanje DO in temperature v vodnem viru lahko zagotovi zgodnje opozarjanje na sezonsko zvišanje koncentracije mangana. Visoke ravni DO pospešijo korozijo v vodnih ceveh. Nizke ravni DO lahko povzročijo večjo koncentracijo dvovalentnega železa, kar lahko pri zračenju vode povzroči razbarvanje pri pipi.

Pomembno je ohranjanje uravnotežene koncentracije DO v obdelani vodi, ko se ta spusti v distribucijski sistem. Uravnotežena raven DO lahko izboljša okus pitne vode.

Kozarec čiste vode služi kot opomnik, kako pomembno je spremljanje prisotnosti nevidnih kemikalij v pitni vodi.

Industrija pijač

Korporacije, ki proizvajajo gazirane pijače, določajo kakovostne standarde za ravni DO za stabilizacijo okusa, zagotovitev roka uporabnosti in preprečevanje korozije v pločevinkah.

Pivovarne spremljajo DO, ker mora biti pri fermentaciji prisotna oksigenacija. Vendar pa so pri točenju nizke ravni DO potrebne za izboljšanje roka uporabnosti in stabilizacijo okusa/vonja. (Merjenje DO v kraft pivovarstvu)

Vinarji ohranjajo nizko raven DO z dodajanjem sulfita v izdelek, da preprečijo oksidacijo, izgubo arome, razbarvanje, hitro staranje in rast mikroorganizmov.

Proizvajalci sokov ohranjajo nizko raven DO za zagotovitev stabilnosti okusa.

Steklenice se pomikajo skozi obrat za proizvodnjo pijač. Spremljanje raztopljenega kisika je pomembno za upravljanje kakovosti izdelkov.

Akvakultura

V akvarijih in ribogojnicah je za ohranjanje življenja rib potrebna minimalna raven DO 4,5 mg/L. Prevelika vsebnost DO lahko povzroči širjenje bolezni.

Akvakulturne mrežne ograde za gojene morske sadeže. Ribe potrebujejo raztopljeni kisik v vodi, vendar pa lahko prevelika količina povzroči bolezni.

Nadzor okolja

Brez zdrave koncentracije DO se lahko v vodnem telesu pojavi hipoksija – stanje, pri katerem ni zadostne količine kisika, ki bi omogočala življenje v vodi.

V reki, kot je ta, je potreben raztopljeni kisik, da je v njej lahko prisoten vodni živelj. Premajhna količina raztopljenega kisika povzroči hipoksijo.

Kako poteka spremljanje raztopljenega kisika?

Ker je DO raztopljeni plin, ga je treba izmeriti na lokaciji, idealno je, če se meri v vodnem telesu. Pri odvzemu zajemnega vzorca se vnese kisik iz ozračja in spremeni se temperatura, kar vpliva na natančnost meritve.


Laboratorijski senzor Hach Intellical™ LDO101 za luminiscenčno/optično merjenje raztopljenega kisika (LDO), kabel dolžine 1 m

Elektrode

Ker je DO raztopljeni plin, ga je treba izmeriti na lokaciji, idealno je, če se meri v vodnem telesu. Pri odvzemu zajemnega vzorca se vnese kisik iz ozračja in spremeni se temperatura, kar vpliva na natančnost meritve.

Optični senzorji

Pri tej metodi se za merjenje DO uporabljata svetloba in luminiscenčni material. Te elektrode so manj zahtevne glede vzdrževanja, ohranijo umerjenost, so neobčutljive na vodikov sulfid in druge raztopljene pline. Zagotavljajo natančnost, stabilnost, in ponovljivost s kratkim odzivnim časom.

Elektrokemijski senzorji

Pri tej metodi se za merjenje DO uporabljajo galvanske ali Clarkove elektrode (anoda in katoda v elektrolitski raztopini). Za zagotovitev natančnosti je potrebno pogosto umerjanje, vodne vzorce pa je treba nežno mešati.


Ampule Hach raztopljenega kisika AccuVac®, nizek razpon, pk/25

Kolorimetrična metoda

Indigo karmin reagira z DO v vodi in povzroči modro obarvanje, ki je sorazmerno s koncentracijo DO. Modro barvo lahko vizualno primerjamo z diagramom ali vrednost odčitamo s kolorimetrom ali spektrofotometrom. Ta metoda je prenosljiva in primerna za uporabo na terenu, vendar ima omejitve. Voda mora biti prosojna in ne sme vsebovati delcev.


Testni komplet Hach za raztopljeni kisik, model OX-2P

Winklerjeva metoda titracije

Ta metoda se izvaja z dodajanjem kemikalij (mangana, jodida in hidroksida) k vodnim vzorcem, da se ustvari reakcija z DO, ki tvori kislo raztopino. Količina bazičnega reagenta, potrebna za nevtralizacijo kisline pri titraciji kaže, koliko DO je bilo prisotnega v prvotnem vodnem vzorcu. Čeprav je to na nekaterih področjih klasična metoda, je časovno zamudna in podvržena človeškim napakam. Za to metodo spletna oprema ni na voljo.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kako lahko spremljanje DO poskrbi za prihranek v moji čistilni napravi?

Do 70 % energetskega proračuna čistilne naprave se porabi za napajanje sistema za prezračevanje. Že leta se krmiljenje sistemov za prezračevanje upravlja ročno s spreminjanjem nastavitvene točke pretoka zraka, položajev ventilov ali hitrosti motorja, saj so bili membranski senzorji DO nezanesljivi. LDO sistemom omogoča samodejni nadzor prezračevanja do določene nastavitvene točke za DO, zaradi česar se puhala odzivajo na obremenitev v realnem času in prihranijo od 30 do 60 % energije.

Zakaj je DO pomemben?

Raztopljeni kisik je potreben za številne oblike življa, kamor spadajo tudi ribe, nevretenčarji, bakterije in rastline. Ti organizmi enako kot organizmi na kopnem porabljajo kisik za dihanje. Ribe in raki pridobivajo kisik za dihanje prek škrg, rastline in fitoplankton pa za dihanje, kadar ni svetlobe za potek fotosinteze, potrebujejo raztopljeni kisik. Količina potrebnega DO se razlikuje od enega bitja do drugega. Talne ribe, raki, ostrige in črvi potrebujejo minimalne količine kisika (1–6 mg/L), ribe, ki živijo v plitvih vodah, pa potrebujejo večje količine (4–15 mg/L). Tudi bakterije in glive potrebujejo raztopljeni kisik. Ti organizmi porabljajo DO za razgradnjo organskih snovi na dnu vodnega telesa. Mikrobna razgradnja pomembno prispeva h krogotoku hranilnih snovi. Če pa je v vodnem telesu presežek razpadajočega organskega materiala (zaradi odmirajočih alg in drugih organizmih) z nepogostimi spremembami ali brez njih (znano tudi kot stratifikacija), se bo kisik pri nižji koncentraciji porabil hitreje.

Kaj je nasičenost z DO?

V stabilnem vodnem telesu brez stratifikacije bo vsebnost DO ostala pri 100-% nasičenosti zraka. 100-% nasičenost zraka pomeni, da je v vodi toliko molekul z raztopljenim plinom, kot jih je potrebnih za ohranjanje ravnovesja. Pri ravnovesju bi bil odstotek vsakega plina v vodi enak odstotku zadevnega plina v ozračju, ki je znan kot njegov delni tlak. Voda počasi absorbira kisik in druge pline iz ozračja, dokler ne doseže ravnovesja ob popolni nasičenosti. Prezračevanje pospešuje ta proces. Možno je, da DO preseže 100-% nasičenost zraka v vodi z biološkimi procesi.

Kako tla vpliva na topnost kisika?

Koncentracija raztopljenega kisika se bo z naraščanjem tlaka tudi sama zvišala. To velja tako za zračni kot hidrostatični tlak. Voda na nižjih nadmorskih višinah lahko zadrži več DO kot višje ležeče vode. To razmerje pojasnjuje tudi možnost „supersaturacije“ voda pod termoklino. Pri višjem hidrostatičnem tlaku lahko voda zadrži več DO, ne da bi ta pobegnil, in zato narekuje nižjo nasičenost z DO pri enaki koncentraciji. Če ima voda enakomerno temperaturo se nasičenost plina zaradi hidrostatičnega tlaka zmanjša za pribl. 10 % na meter. To pomeni, da ima lahko DO pri isti koncentraciji na površini 100-% nasičenost zraka, 3 metre pod površino pa samo 70-% nasičenost zraka.

Kaj vpliva na topnost DO?

Dve vodni telesi, ki sta 100-% nasičeni z zrakom, nimata nujno enake koncentracije DO. Količina raztopljenega kisika (v mg/L) se spreminja glede na temperaturo, tlak in slanost.