Otopljeni kisik

 Ispis

Što je otopljeni kisik (DO)?

Otopljeni kisik je mjera količine plinovitog kisika koja se nalazi u vodi. Zdrave vode pogodne za život moraju sadržavati otopljeni kisik (DO).

Otopljeni kisik dospijeva u vodu:

  • izravnom apsorpcijom iz atmosfere.
  • brzim djelovanjem vjetra, valova, struja ili mehaničkim prozračivanjem.
  • fotosintezom vodenog bilja kao nusproizvod procesa.

Čimbenici koji pridonose koncentraciji otopljenog kisika u vodi:

  • Atmosferski tlak: viši atmosferski tlak omogućuje vodnim tijelima da zadrže više otopljenog kisika. Pritisak odozgo omogućuje vodi da zadrži više molekula kisika. Stoga su koncentracije DO obično niže na višim nadmorskim visinama zbog nižeg atmosferskog tlaka.
  • Temperatura: vodna tijela niže temperature mogu sadržavati više otopljenog kisika jer se molekule kisika manje kreću. Pojačano kretanje molekula kisika u toplijoj vodi dovodi do njihovog oslobađanja iz vode u zrak.
  • Dubina vode: što je voda plića, to je koncentracija DO veća jer vjetar koji stvara valove na površini povećava količinu DO, a i vodene biljke koje žive u plićim vodama ispunjenim svjetlošću stvaraju DO kao nusproizvod fotosinteze.
  • Salinitet: niži salinitet pridonosi većoj koncentraciji DO jer soli utječu na topljivost plinova, odnosno izbacuju ih iz vode.
  • Bioaktivnost: niža bioaktivnost mikroorganizama u vodi dovodi do veće koncentracije DO jer mikroorganizmi koji se hrane organskim sastojcima i raspadajućim tvarima koriste kisik za disanje.

Kupi sada

Zašto pratiti otopljeni kisik?

Mjerenje otopljenog kisika u vodi i obrada kako bi se održale odgovarajuće razine DO ključne su funkcije u raznim primjenama obrade vode. Iako je otopljeni kisik neophodan za održavanje života i postupke obrade, također može biti štetan, uzrokujući oksidaciju koja oštećuje opremu i ugrožava proizvod. Otopljeni kisik utječe na:

  • Kvalitetu: koncentracija DO određuje kvalitetu izvorne vode. Bez dovoljne razine DO, voda postaje prljava i nezdrava, što utječe na kvalitetu okoliša, pitke vode i ostalih proizvoda.

  • Sukladnost s propisima: za sukladnost s propisima otpadne vode često moraju imati određene koncentracije DO prije nego što se mogu ispustiti u potok, jezero, rijeku ili vodni put. Zdrave vode pogodne za život moraju sadržavati otopljeni kisik.

  • Kontrolu postupaka: razine DO ključne su za kontrolu biološke obrade otpadnih voda, kao i za biofiltracijsku fazu proizvodnje pitke vode. U nekim industrijskim primjenama (npr. proizvodnja električne energije), DO je štetan jer dovodi do stvaranja pare i mora se ukloniti, a njegove koncentracije moraju se strogo kontrolirati.

Tvrtka Hach® nudi potrebnu opremu za ispitivanje, resurse, obuku i softver kako biste uspješno pratili razine otopljenog kisika te njima upravljali na način specifičan za vaš radni postupak.

Istaknuti proizvodi za praćenje otopljenog kisika

HQ Series Portable Meters

HQ Series namijenjen je stručnjacima za provjeru kvalitete vode koji žele izvršiti elektrokemijsku analizu u terenskim i laboratorijskim uvjetima.

Kupi sada

HQ Series/HQD Meters/Intellical Probes

Robusni i izdržljivi prijenosni i laboratorijski mjerači HQD® osmišljeni su da stručnjacima za vodu za piće i otpadnu vodu daju veliku pouzdanost i fleksibilnost.

Kupi sada

Intellical Probes

Sonde Red Rod imaju izuzetne radne karakteristike i vrijeme odziva u širokom rasponu vrsta uzoraka u laboratoriju. Robusne sonde od nehrđajućeg čelika za korištenje na otvorenom iznimno su praktične za provođenje analize na lokaciji u rasponu od 0,05 do 20 ppm.

Kupi sada

Orbisphere K1100/K1200 Oxygen Sensors

Optički LDO senzori Orbisphere® K1000 koji ne zahtijevaju održavanje osmišljeni su za praćenje kisika u elektranama i drugim primjenama niskog (0 – 2 ppm) i visokog (0 – 40 ppm) raspona. Serija K1x00 također uključuje senzor osmišljen za primjenu u nuklearnoj elektrani.

Kupi sada

Orbisphere M1100 Oxygen Sensors

Optički senzor Orbisphere® M1100, zajedno s kontrolerom Orbisphere® 410 (jedan kanal) i Orbisphere® 510 (više kanala), pruža nov način praćenja kisika u postupku proizvodnje pića i drugim primjenama niskog (0 – 2 ppm) i visokog (0 – 40 ppm) raspona.

Kupi sada

 

Koji postupci zahtijevaju praćenje otopljenog kisika?

Obrada otpadnih voda

Influent koji ulazi u pogon obično ima nisku koncentraciju DO jer sadrži organske sastojke i mikroorganizme koji troše kisik dok se hrane organskim tvarima.

Praćenje DO pomaže u promicanju učinkovitosti u aeracijskim bazenima. Korištenjem mrežne opreme za mjerenje DO, pogon može smanjiti troškove energije prilagođavanjem aeracije tako da odgovara DO koji je potreban organskom opterećenju. Kontinuirano mjerenje i prilagođavanje osiguravaju da mikroorganizmi imaju dovoljno kisika za trošenje organskih tvari, a istovremeno omogućuju pogonu da štedi energiju smanjenjem aeracije kad je to moguće. Kontrola aeracije u obradi otpadnih voda.

Razine DO u efluentu koji napušta pogon treba dopunjavati kako bi se udovoljilo minimalnim zahtjevima razine DO za zaštitu ekosustava i poštivanje regulatornih dozvola za ispuštanje. Ovi propisi osiguravaju da efluent ne iscrpljuje kisik u prihvatnim vodnim putovima.

Ovaj bazen za izjednačavanje važan je u postupku obrade vode. Praćenje otopljenog kisika osigurava da efluent sadrži dovoljno dopunjenog otopljenog kisika.

Industrijska proizvodnja pare

S obzirom da DO uzrokuje koroziju opreme, postizanje niske razine ili nula DO može spriječiti curenje, kvarove i isključivanje.

Rashladni tornjevi ispuštaju paru u zrak. Otopljeni kisik neophodan je za praćenje obrade industrijske vode radi zaštite od štetne korozije.

Obrada pitke vode

Praćenje DO i temperature izvorne vode može pružiti rano upozorenje za sezonski porast koncentracije mangana. Visoka razina DO ubrzava koroziju u vodovodnim cijevima. Niske razine DO mogu uzrokovati povećanje koncentracije željeza, što rezultira promjenom boje na slavini kada se voda aerira.

Važno je održavati uravnoteženu koncentraciju DO u finalnoj vodi koja se ispušta u vodoopskrbni sustav. Uravnoteženi DO može poboljšati okus vode za piće.

Čaša bistre vode podsjetnik je na važnost praćenja nevidljivih kemikalija u vodi za piće.

Industrija pića

Korporacije za proizvodnju bezalkoholnih pića postavljaju standarde kvalitete za razine DO kako bi se stabilizirao okus, osigurao rok trajanja i izbjegla korozija u zapakiranim limenkama.

Pivovare prate DO jer fermentacija zahtijeva oksigenaciju. Međutim, za pakiranje su potrebne niske razine DO kako bi se povećao rok trajanja i stabilizirao okus/miris. (Mjerenje DO u zanatskom pivarstvu)

Proizvođači vina održavaju nizak sadržaj DO dodavanjem sulfita u proizvod kako bi se spriječila oksidacija, gubitak arome, promjena boje, brzo starenje i rast mikroorganizama.

JProizvođači sokova održavaju nizak DO kako bi osigurali stabilnost okusa.

Staklene boce kreću se kroz pogon za proizvodnju pića. Praćenje otopljenog kisika važno je za upravljanje kvalitetom proizvoda.

Akvakultura

U akvarijima i ribogojilištima potrebna je minimalna razina DO od 4,5 mg/l kako bi se podržao život riba. Previše DO može rezultirati promicanjem bolesti.

U mrežnim kavezima uzgajaju se morski plodovi. Ribama je potreban otopljeni kisik u vodi, ali prevelike količine mogu uzrokovati bolesti.

Praćenje okoliša

Bez zdrave koncentracije DO vodno tijelo može doživjeti hipoksiju – stanje u kojem nema dovoljno kisika za podržavanje života vodenih organizama.

Rijekama poput ove potreban je otopljeni kisik da bi se podržao život vodenih organizama. Premalo otopljenog kisika dovodi do hipoksije.

Kako se prati otopljeni kisik?

S obzirom da je DO otopljeni plin, mora se mjeriti na lokaciji, idealno u vodnom tijelu. Prikupljanje ručnog uzorka uvodi promjene atmosferskog kisika i temperature koje ometaju točnost mjerenja.


Laboratorijski luminiscentni/optički senzor Intellical™ LDO101 za otopljeni kisik (DO) tvrtke Hach, kabel od 1 m

Elektrode

S obzirom da je DO otopljeni plin, mora se mjeriti na lokaciji, idealno u vodnom tijelu. Prikupljanje ručnog uzorka uvodi promjene atmosferskog kisika i temperature koje ometaju točnost mjerenja.

Optički senzori

Ova metoda koristi svjetlost i luminiscentni materijal za mjerenje DO. Ove elektrode zahtijevaju manje održavanja, zadržavaju kalibraciju i na njih ne utječe sumporovodik ili drugi otopljeni plinovi. Pružaju točnost, stabilnost i ponovljivost s brzim vremenima odgovora.

Elektrokemijski senzori

Ova metoda koristi galvanske ili Clarkove elektrode (anoda i katoda u otopini elektrolita) za mjerenje DO. Kako bi se osigurala točnost, elektrode zahtijevaju često kalibriranje i uzorke vode potrebno je lagano promiješati.


Otopljeni kisik, AccuVac® ampule tvrtke Hach, LR, komplet od 25 komada

Kolorimetrijska metoda

Indigokarmin reagira s DO u vodi stvarajući plavu boju proporcionalnu koncentraciji DO. Plava boja može se vizualno usporediti s grafikonom ili očitati kolorimetrom ili spektrofotometrom. Ova je metoda prijenosna i prikladna za terensku uporabu, ali ima ograničenja. Voda mora biti prozirna i bez čestica.


Komplet za testiranje otopljenog kisika tvrtke Hach, model OX-2P

Winklerova titracija

Ova se metoda provodi dodavanjem kemikalija (mangana, jodida i hidroksida) u uzorke vode kako bi se stvorila reakcija s DO za dobivanje kisele otopine. Količina alkalnog reagensa potrebna za neutralizaciju kiseline titracijom ukazuje na količinu DO u izvornom uzorku vode. Iako se u nekim područjima smatra tradicionalnom metodom, dugotrajna je i podložna ljudskim pogreškama. Za ovu metodu ne postoje mrežni instrumenti.

Često postavljana pitanja

Kako praćenje DO može uštedjeti novac mom pogonu za obradu?

Do 70 % proračuna za energiju pogona za otpadne vode troši se na napajanje aeracijskog sustava. Godinama su se aeracijski sustavi kontrolirali ručnom promjenom zadane vrijednosti protoka zraka, položaja ventila ili brzine motora jer su membranski DO senzori bili nepouzdani. LDO omogućuje sustavima da automatski kontroliraju aeraciju do određene zadane vrijednosti DO, omogućujući ventilatorima da reagiraju na opterećenje u stvarnom vremenu i štedeći 30 do 60 % troškova energije.

Zašto je otopljeni kisik važan?

Otopljeni kisik neophodan je za mnoge oblike života, uključujući ribe, beskičmenjake, bakterije i biljke. Ti organizmi koriste kisik za disanje, poput kopnenih organizama. Ribe i rakovi dobivaju kisik za disanje putem škrga, dok biljni svijet i fitoplanktoni trebaju otopljeni kisik za disanje kada nema svjetla za fotosintezu. Potrebna količina DO varira od organizma do organizma. Bentivori, rakovi, ostrige i gliste trebaju minimalne količine kisika (1 – 6 mg/l), dok ribe u plitkoj vodi trebaju više razine (4 – 15 mg/l). Bakterije i gljive također trebaju otopljeni kisik. Ovi organizmi koriste DO za razgradnju organskog materijala na dnu vodnog tijela. Razgradnja mikroba važna je za ciklus hranjivih tvari. Međutim, ako u vodnom tijelu s povremenim miješanjem ili bez miješanja (poznato i kao stratifikacija) postoji višak raspadajućeg organskog materijala (od umirućih algi i drugih organizama), kisik na nižim slojevima vode brže će se potrošiti.

Što je zasićenost otopljenim kisikom?

U stabilnom vodnom tijelu bez stratifikacije DO će ostati na zasićenosti zrakom od 100 %. Stopostotna zasićenost zrakom znači da voda u sebi sadrži maksimalnu količinu otopljenih molekula plina u ravnoteži. U ravnoteži, postotak svakog plina u vodi bio bi jednak postotku tog plina u atmosferi, što je poznato kao njegov parcijalni tlak. Voda će polako apsorbirati kisik i druge plinove iz atmosfere dok ne postigne ravnotežu u potpunoj zasićenosti. Ovaj se postupak ubrzava aeracijom. Moguće je da DO prekorači zasićenost zrakom u vodi od 100 % biološkim putem.

Kako tlak utječe na topljivost kisika?

Koncentracija otopljenog kisika povećat će se povećanjem tlaka. To vrijedi i za atmosferski i za hidrostatički tlak. Voda na nižim nadmorskim visinama može sadržavati više DO nego voda na višim nadmorskim visinama. Ovaj odnos također objašnjava potencijal za „prezasićenost” voda ispod termoklinskoj sloja. Pri većim hidrostatičkim tlakovima voda može zadržati više DO bez gubitka, pa prema tome uvjetuje nižu zasićenost otopljenim kisikom pri istoj koncentraciji. Zasićenost plinom smanjuje se za ~10 % po metru dubine zbog hidrostatičkog tlaka, pod uvjetom da je temperatura vode konstantna. To znači da DO pri istoj koncentraciji može imati zasićenost zrakom od 100 % na površini, a samo 70 % na 3 metra ispod površine.

Što utječe na topljivost DO?

Dva vodna tijela sa zasićenosti zrakom od 100 % ne moraju nužno imati jednaku koncentraciju DO. Količina otopljenog kisika (u mg/l) varirat će ovisno o temperaturi, tlaku i salinitetu.