Bạn đang xem: Oxy hòa tan trong nước là gì? Giải thích về Oxy hòa tan trong nước Tại DongnaiArt

1. Oxy hòa tan trong nước là gì?

Oxy hòa tan đề cập đến mức độ oxy tự docó trong nước hoặc các chất lỏng khác. Đây là một thông số quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước vì ảnh hưởng của nó đối với các sinh vật sống trong một vùng nước. Trong việc quan trắc các thông số nuôi trồng thủy hải sản, oxy hòa tan là yếu tố thiết yếu để đánh giá chất lượng nước. Mức oxy hòa tan quá cao hoặc quá thấp có thể gây hại cho đời sống thủy sinh và ảnh hưởng đến chất lượng nước.

Oxy không hợp chất (Non-compound Oxygen), hoặc oxy tự do (O2), là oxy không liên kết với bất kỳ nguyên tố nào khác. Oxy hòa tan là sự hiện diện của các phân tử O2 tự do này trong nước. Phân tử oxy liên kết trong nước (H2O) ở dạng hợp chất và không tính vào mức oxy hòa tan. Người ta có thể tưởng tượng rằng các phân tử oxy tự do hòa tan trong nước giống như muối hoặc đường khi nó được khuấy

2. Oxy hòa tan trong nước ảnh hưởng như thế nào đến môi trường sống các loài thủy sinh

Oxy hòa tan cần thiết cho nhiều dạng sống bao gồm cá, động vật không xương sống, vi khuẩn và thực vật. Các sinh vật này sử dụng oxy trong quá trình hô hấp, tương tự như các sinh vật trên cạn. Cá và động vật giáp xác lấy oxy để hô hấp thông qua mang, trong khi đời sống thực vật và thực vật phù du cần oxy hòa tan để hô hấp khi không có ánh sáng để quang hợp . Lượng oxy hòa tan cần thiết khác nhau ở mỗi loài sinh vật. Cá ăn đáy, cua, sò và trùn chỉ cần lượng oxy tối thiểu (1-6 mg / L), trong khi cá nước nông cần lượng oxy cao hơn (4-15 mg / L).

Các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm cũng cần oxy hòa tan. Những sinh vật này sử dụng DO để phân hủy vật chất hữu cơ dưới đáy của một vùng nước. Sự phân hủy của vi sinh vật là một yếu tố quan trọng góp phần tái chế chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, nếu có dư thừa vật chất hữu cơ đang phân hủy (từ tảo chết và các sinh vật khác), trong một vùng nước không thường xuyên hoặc không có sự luân chuyển (còn gọi là sự phân tầng), oxy ở mực nước thấp hơn sẽ bị sử dụng nhanh hơn.

3. Oxy hòa tan trong nước được tạo ra từ đâu

Oxy hòa tan đi vào nước qua không khí hoặc như một sản phẩm phụ của thực vật. Từ không khí, oxy có thể khuếch tán từ từ trên bề mặt nước từ bầu khí quyển xung quanh hoặc được hòa vào nhanh chóng thông qua sục khí, dù là tự nhiên hay nhân tạo . Sự thông khí của nước có thể do gió (tạo sóng), thác ghềnh, thác nước , xả nước ngầm hoặc các dạng nước sinh hoạt khác. Các nguyên nhân nhân tạo gây ra hiện tượng sục khí rất khác nhau, từ máy bơm không khí trong bể cá, guồng nước quay tay đến đập lớn.

Oxy hòa tan cũng được tạo ra như một chất thải của quá trình quang hợp từ thực vật phù du, tảo, rong biển và các thực vật thủy sinh khác.

4. Oxy hòa tan trong quá trình quang hợp

Trong khi hầu hết quá trình quang hợp diễn ra ở bề mặt (bởi thực vật nước nông và tảo), một phần lớn quá trình này diễn ra dưới nước (bởi rong biển, tảo dưới bề mặt và thực vật phù du). Ánh sáng có thể xuyên qua nước, mặc dù độ sâu mà nó có thể đạt đến khác nhau do chất rắn hòa tan và các yếu tố tán xạ ánh sáng khác có trong nước. Độ sâu cũng ảnh hưởng đến các bước sóng có sẵn cho thực vật, với màu đỏ được hấp thụ nhanh chóng và ánh sáng xanh có thể nhìn thấy trong phạm vi 100 m. Ở vùng nước trong, quang hợp xảy ra đạt đến 200 m. Trong nước đục, vùng phát quang (xuyên sáng) này thường nông hơn nhiều.

Bất kể bước sóng có sẵn, chu kỳ không thay đổi . Ngoài ánh sáng cần thiết, CO2 dễ dàng được hấp thụ bởi nước (nó hòa tan nhiều hơn khoảng 200 lần so với oxy) và oxy được tạo ra như một sản phẩm phụ vẫn hòa tan trong nước. Phản ứng cơ bản của quá trình quang hợp dưới nước vẫn là:

CO2 + H2O → (CH2O) + O2

Xem Thêm : Thành phần chính của khí thiên nhiên là? – Luật Hoàng Phi

Vì quá trình quang hợp của thủy sinh phụ thuộc vào ánh sáng, lượng oxy hòa tan được tạo ra sẽ đạt đỉnh vào ban ngày và giảm vào ban đêm.

5. Độ bão hòa Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen Saturation)

Trong một vùng nước ổn định không có sự phân tầng, oxy hòa tan sẽ duy trì ở mức bão hòa không khí 100%. Độ bão hòa không khí 100% có nghĩa là nước đang giữ càng nhiều phân tử khí hòa tan ở trạng thái cân bằng càng tốt. Ở trạng thái cân bằng, phần trăm của mỗi khí trong nước sẽ tương đương với phần trăm của khí đó trong khí quyển – tức là áp suất riêng phần của nó . Nước sẽ hấp thụ từ từ oxy và các khí khác từ khí quyển cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng ở mức bão hòa hoàn toàn . Quá trình này được đẩy nhanh nhờ sóng do gió và các nguồn thông khí khác

Ở những vùng nước sâu hơn, DO có thể duy trì dưới 100% do sự hô hấp của các sinh vật dưới nước và sự phân hủy của vi sinh vật. Những mực nước sâu hơn này thường không đạt được trạng thái cân bằng bão hòa không khí 100% vì chúng không đủ nông để bị ảnh hưởng bởi sóng và quang hợp ở bề mặt. Nước này nằm dưới một ranh giới không nhìn thấy được gọi là đường nhiệt (độ sâu mà nhiệt độ nước bắt đầu giảm). Vậy nên thông thường các sinh vật dưới tầng đáy sẽ cần ít oxy hơn.

6. Điều gì ảnh hướng đến khả năng hòa tan Oxy

Hai khối nước bão hòa 100% không khí không nhất thiết phải có cùng nồng độ oxy hòa tan. Lượng oxy hòa tan thực tế (tính bằng mg / L) sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất và độ mặn.

Đầu tiên, độ hòa tan của oxy giảm khi nhiệt độ tăng . Điều này có nghĩa là nước bề mặt ấm hơn cần ít oxy hòa tan hơn để đạt được độ bão hòa không khí 100% so với nước sâu hơn, mát hơn. Ví dụ, ở mực nước biển (1 atm hoặc 760 mmHg) và 4 ° C (39 ° F), nước bão hòa không khí 100% sẽ chứa 10,92 mg / L oxy hòa tan. Nhưng nếu nhiệt độ được tăng lên đến nhiệt độ phòng, 21 ° C (70 ° F), sẽ chỉ có 8,68 mg / L DO ở độ bão hòa không khí 100% .

Thứ hai, Độ oxy hòa tan giảm theo cấp số nhân khi nồng độ muối tăng . Đó là lý do tại sao, ở cùng áp suất và nhiệt độ, nước mặn chứa ít oxy hòa tan hơn nước ngọt khoảng 20%.

Thứ ba, Oxy hòa tan sẽ tăng khi áp suất tăng . Điều này đúng với cả áp suất khí quyển và áp suất thủy tĩnh. Nước ở độ cao thấp hơn có thể chứa nhiều oxy hòa tan hơn nước ở độ cao hơn. Mối quan hệ này cũng giải thích khả năng “siêu bão hòa” của nước bên dưới đường nhiệt – ở áp suất thủy tĩnh lớn hơn, nước có thể giữ nhiều oxy hòa tan hơn mà không bị thoát ra ngoài. Độ bão hòa khí giảm 10% trên mỗi mét độ sâu khi tăng do áp suất thủy tĩnh . Điều này có nghĩa là nếu nồng độ oxy hòa tan ở mức bão hòa không khí 100% trên bề mặt, thì nó sẽ chỉ ở mức bão hòa không khí 70% dưới bề mặt ba mét.

Tóm lại, nước ngọt sâu hơn, lạnh hơn có khả năng giữ nồng độ oxy hòa tan cao hơn, nhưng do sự phân hủy của vi sinh vật, thiếu sự tiếp xúc với khí quyển để khuếch tán và không có quang hợp, mức DO thực tế thường thấp hơn nhiều so với độ bão hòa 100% . Nước mặn nông, ấm đạt đến độ bão hòa không khí 100% ở nồng độ thấp hơn, nhưng thường có thể đạt được mức trên 100% do quang hợp và sục khí. Các vùng nước nông cũng duy trì gần với độ bão hòa 100% do tiếp xúc với khí quyển và sự khuếch tán không đổi .

Nếu có sự xuất hiện đáng kể của quá trình quang hợp hoặc sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng, nước có thể đạt được mức DO trên 100% độ bão hòa không khí. Ở những mức này, oxy hòa tan sẽ hòa tan vào nước và không khí xung quanh cho đến khi nó ở mức 100% ³.

7. Độ bão hòa oxy hòa tan trong nước có thể cao hơn 100%?

Xem Thêm : Bộ giáo dục và đào tạo Tiếng Anh là gì?

Định luật Henry xác định nồng độ oxy hòa tan ở 20 độ C và độ bão hòa không khí 100% (1 kg nước = 1 L nước)Độ bão hòa không khí 100% là điểm cân bằng của các chất khí trong nước. Điều này là do các phân tử khí khuếch tán giữa khí quyển và bề mặt nước. Theo Định luật Henry, hàm lượng ôxy hòa tan trong nước tỷ lệ với phần trăm ôxy (áp suất riêng phần) trong không khí ở trên nó. Vì ôxy trong khí quyển là khoảng 20,3%, áp suất riêng phần của ôxy ở mực nước biển (1 atm ) là 0,203 atm. Do đó lượng oxy hòa tan ở độ bão hòa 100% ở mực nước biển ở 20 ° C là 9,03 mg / L .

Phương trình cho thấy rằng nước sẽ duy trì ở trạng thái bão hòa không khí 100% ở trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, có một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến điều này. Sự hô hấp và phân hủy của thủy sinh làm giảm nồng độ DO, trong khi sục khí và quang hợp nhanh chóng có thể góp phần làm tăng độ bão hòa. Trong quá trình quang hợp, oxy được tạo ra dưới dạng chất thải. Điều này làm tăng thêm nồng độ oxy hòa tan trong nước, có khả năng đưa nó lên trên 100% độ bão hòa . Ngoài ra, quá trình cân bằng nước là một quá trình chậm (ngoại trừ trong các trường hợp bị kích động mạnh hoặc có nhiều khí). Điều này có nghĩa là mức ôxy hòa tan có thể dễ dàng hơn 100% độ bão hòa không khí trong ngày trong các vùng nước hoạt động quang hợp.

Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng cũng có thể tạo ra số đọc DO lớn hơn 100% . Khi nhiệt độ nước tăng, khả năng hòa tan oxy giảm. Vào một đêm mùa hè mát mẻ, nhiệt độ của hồ có thể là 16 ° F. Ở độ bão hòa không khí 100%, mức oxy hòa tan của hồ này sẽ ở mức 9,66 mg / L. Khi mặt trời mọc và làm hồ ấm lên đến 21 ° F, độ bão hòa không khí 100% sẽ tương đương với 8,68 mg / L DO ³. Nhưng nếu không có gió để di chuyển trạng thái cân bằng, hồ sẽ vẫn chứa 9,66 mg / L DO ban đầu, độ bão hòa không khí là 111%.

8. Mức oxy hòa tan ảnh hưởng bởi các yếu tố nào?

Nồng độ oxy hòa tan liên tục bị ảnh hưởng bởi quá trình khuếch tán và sục khí, quang hợp, hô hấp và phân hủy. Trong khi nước cân bằng về độ bão hòa không khí 100%, mức oxy hòa tan cũng sẽ dao động theo sự thay đổi nhiệt độ, độ mặn và áp suất ³. Như vậy, mức oxy hòa tan có thể dao động từ dưới 1 mg / L đến hơn 20 mg / L tùy thuộc vào cách tất cả các yếu tố này tương tác. Trong các hệ thống nước ngọt như hồ, sông và suối, nồng độ oxy hòa tan sẽ thay đổi theo mùa, vị trí và độ sâu của nước

Một ví dụ về mức oxy hòa tan thay đổi theo năm. Ở sông Pompton ở New Jersey, nồng độ oxy hòa tan trung bình dao động từ 12-13 mg / L vào mùa đông và giảm xuống 6-9 mg / L vào mùa hè . Cũng con sông đó cho thấy dao động hàng ngày lên đến 3 mg / L do sản xuất quang hợp .

Một nghiên cứu khác tại Crooked Lake ở Indiana cho thấy nồng độ oxy hòa tan thay đổi theo mùa và độ sâu từ 12 mg / L (bề mặt, mùa đông) đến 0 mg / L (độ sâu 32 m, cuối mùa hè), với lượng nước hồ đầy vào mùa xuân và mùa thu cân bằng mức DO khoảng 11 mg / L cho tất cả các độ sâu .

9. Oxy hòa tan trong nước mặn

Nước mặn chứa ít oxy hơn nước ngọt, do đó nồng độ DO trong đại dương có xu hướng thấp hơn nồng độ trong nước ngọt. Trong đại dương, nồng độ DO trung bình hàng năm của nước bề mặt dao động từ 9 mg / L ở gần các cực đến 4 mg / L gần xích đạo với mức DO thấp hơn ở độ sâu hơn. Có nồng độ oxy hòa tan thấp hơn gần xích đạo vì độ mặn cao hơn.

10. Các loài sinh vật dưới nước và độ oxy hòa tan

Cá và sinh vật nước mặn có khả năng chịu đựng cao hơn đối với nồng độ oxy hòa tan thấp vì nước mặn có độ bão hòa không khí thấp hơn 100% so với nước ngọt. Nói chung, mức oxy hòa tan trong nước biển ít hơn khoảng 20% ​​so với nước ngọt.

Nếu nồng độ oxy hòa tan giảm xuống dưới một mức nhất định, tỷ lệ chết của cá sẽ tăng lên. Cá nước ngọt nhạy cảm như cá hồi thậm chí không thể sinh sản ở mức dưới 6 mg / L ¹⁹. Trong đại dương, cá ven biển bắt đầu tránh những khu vực có DO dưới 3,7 mg / L, với một số loài cụ thể sẽ bỏ hoàn toàn một khu vực khi mức độ giảm xuống dưới 3,5 mg / L ²⁹. Dưới 2,0 mg / L, động vật không xương sống cũng rời đi và dưới 1 mg / L thậm chí sinh vật đáy cho thấy tỷ lệ tăng trưởng và tỷ lệ sống giảm.

Nguồn: Dongnaiart theo “Dissolved Oxygen.” Fundamentals of Environmental Measurements. 19 Nov. 2013. Web. < Dongnaiart/environmental-measurements/parameters/water-quality/dissolved-oxygen/ >.