Погляньте

Розчинений у воді кисень належить до найважливіших фізико-хімічних показників, які впливають на екологічний стан водних екосистем. Він є одним із найбільш потужних природних окислювачів. Його вміст у великій мірі визначає якість води завдяки інтенсифікації процесів самоочищення, фізико-хімічної трансформації й гідробіологічного кругообігу речовин.

Розчинений кисень знаходиться в природній воді у вигляді молекул O₂.

На його вміст у воді впливають дві групи протилежно спрямованих процесів: одні збільшують концентрацію кисню, інші зменшують її. До першої групи процесів, що збагачують воду киснем, варто віднести:

‒ процес абсорбції кисню з атмосфери;

‒ виділення кисню водяною рослинністю в процесі фотосинтезу;

‒ надходження до водойм з дощовими і сніговими водами, що звичайно пересичені киснем.

Абсорбція кисню з атмосфери відбувається на поверхні водного об’єкта. Швидкість цього процесу підвищується зі зниженням температури, з підвищенням тиску і зниженням мінералізації. Аерація – збагачення глибинних шарів води киснем – відбувається внаслідок перемішування водних мас, у тому числі вітрової, вертикальної температурної циркуляції тощо.

Фотосинтетичне виділення кисню відбувається при асиміляції діоксиду вуглецю водною рослинністю (прикріпленими, плаваючими рослинами і фітопланктоном). Процес фотосинтезу протікає тим інтенсивніше, чим вищими є температура води, інтенсивність сонячного освітлення і концентрація біогенних речовин (P, N і ін.) у воді. Продукування кисню відбувається в поверхневому освітленому шарі водойми, глибина якого залежить від прозорості води (для кожної водойми і сезону може коливатись від декількох сантиметрів до декількох десятків метрів).

До групи процесів, що зменшують вміст кисню у воді, відносяться реакції споживання його на окислювання органічних речовин:

• біологічне (дихання організмів),
• біохімічне (дихання бактерій, витрата кисню при розкладанні органічних речовин),
• хімічне (окислювання Fe2+, Mn2+, NO2-, NH4+, CH4, H2S).

Швидкість споживання кисню збільшується з підвищенням температури, кількості бактерій та інших водних організмів і речовин, що піддаються хімічному і біохімічному окисленню. Крім того, зменшення вмісту кисню в воді може відбуватися в процесі виділення його в атмосферу з поверхневих шарів і тільки в тому випадку, якщо вода за даної температури і тиску виявиться пересиченою киснем.

У поверхневих водах вміст розчиненого кисню варіює в широких межах – від 0 до 14 мг/дм3 – і схильний до сезонних та добових коливань. Добові коливання залежать від інтенсивності процесів його продукування і споживання, сягаючи до 2,5 мг/дм3 розчиненого кисню. У зимовий і літній періоди розподіл кисню носить характер стратифікації. Дефіцит кисню частіше спостерігається у водних об’єктах із високими концентраціями забруднюючих органічних речовин та в евтрофованих водоймах, що містять велику кількість біогенних і гумусових речовин.

Концентрація кисню визначає розмір окисно-відновного потенціалу і значною мірою напрямок і швидкість процесів хімічного і біохімічного окислення органічних і неорганічних сполук. Тобто, кисневий режим має суттєвий вплив на життя водойми. Мінімальний вміст розчиненого кисню, що забезпечує нормальний розвиток риб, складає близько 5 мг/дм3. Зниження його до 2 мг/дм3 викликає масову загибель (замор) риби. Несприятливо позначається на стані водного населення і пересичення води киснем у результаті процесів фотосинтезу за недостатньо інтенсивного перемішуванні шарів води.

Як свідчать результати досліджень вітчизняних вчених (В.І. Осадчий, Н.М. Осадча), максимальний вміст кисню (12-14 мг/дм3) у водоймах України спостерігається в період, що передує льодоставу, на фоні поступового зниження температури. Останнє, з одного боку, призводить до збільшення розчинності кисню, а з іншого – до уповільнення процесів окиснення органічних речовин. У цей час у водному середовищі не накопичується значної кількості іонів амонію, наявність яких потребує значної кількості кисню для їх нітрифікації. Протягом зимової межені, внаслідок перевищення витратної частини балансу газу над прибутковою, вміст розчиненого кисню поступово зменшується.

Навесні, з початком розвитку фітопланктону кількість розчиненого кисню зростає до 10-12 мг/дм3. Однак, подальше збільшення температури води, яка максимально досягає 22-25 ºС, призводить до зменшення розчинності кисню. Не зважаючи на розвиток фітопланктону, у червні концентрація розчиненого кисню досягає мінімальних за рік значень – 3,5-4,0 мг/дм3. У літній період у воді збільшується кількість органічних речовин, на окиснення яких активно витрачається розчинений кисень.

Відповідно нормативних вимог до складу і властивостей води водойм пунктів питного і санітарного водокористування вміст розчиненого кисню в пробі, відібраної до 12 годин дня, не повинен бути нижчим 4 мг/дм3 у будь-який період року; для водойм рибогосподарського призначення концентрація розчиненого у воді кисню не повинна бути нижчою 4 мг/дм3 у зимовий період (при льодоставі) і 6 мг/дм3 – у літній.

У рибоводній практиці прийнято, що оптимальний рівень кисню для живлення та росту лососевих риб (за температури 16-19 ºС) становить 9,4-10 мг/дм3; осетрових (20-26 ºС) – 8,3-9,2 мг/дм3; коропових (27-30 ºС) – 7,1-8,4 мг/дм3.

Визначення кисню в поверхневих водах входить до обов’язкової програми спостережень з метою оцінки умов існування гідробіонтів, у тому числі риб, а також як непряма характеристика оцінки якості поверхневих вод і регулювання процесу очищення стоків. Оскільки, вміст розчиненого кисню є принципово важливим для аеробного дихання, він вважається індикатором біологічної активності (тобто фотосинтезу) у водоймі.

Вміст кисню у водоймах з різним ступенем забруднення

Відносний вміст кисню в воді, виражений у відсотках його нормального вмісту, називається ступенем насичення киснем. Ця величина залежить від температури води, атмосферного тиску і солоності.

Так, для нормального кисневого режиму характерним є те, що у холодний період року вода недонасичена киснем, а у теплий період спостерігається незначне перенасичення води О2.

Згідно даних наших вчених, лише в чотирьох річкових басейнах України спостерігається стабільний кисневий режим, при якому вміст кисню не залежить від температури води. Це басейни Дунаю (р. Веча та р.Черемош), Дністра (р. Дністер, р. Бистриця Надвірнянська, р. Бистриця Солотвинська, р. Лужанка, р. Свіча, р. Золота Липа), Дніпра (р. Псел, р. Десна, р. Трубіж, р. Стохід, р. Ірпінь, р. Хорол) й Південного Бугу (р. Південний Буг (на відтинку м. Первомайськ – смт Нова Одеса), р. Інгул, р. Кодима, р. Савранка, р. Синюха, Уманка). Коливання вмісту кисню протягом року в цих річках не перевищує 0,5-1,0 мг/дм3.

Режим недостатнього насичення характеризується недонасиченням води киснем протягом усього року. Вказаний режим відзначається у всіх основних річкових басейнах України: басейн Сіверського Дінця; басейн Дунаю – нижня частина Дунаю; басейн Дністра – р. Тисмениця; басейн Дніпра – рр. Інгулець, Мокра Московка, Сула, Удай, Конка, Остер, Каховське водосховище; у басейні Західного Бугу – р. Західний Буг на відтинку м. Буськ – м. Сокаль, р. Полтва; басейн Південного Бугу – р. Південний Буг на відтинку м. Хмельницький – м. Хмельник, рр. Бужок, Чорний Ташлик; водні об’єкти Криму – Північно-Кримський канал; річки Приазов’я – Булавин, Кальчик, Кальміус, Кринка, Міус.

Зниження концентрації кисню в воді супроводжується активізацією процесів денітрифікації і сірководневого бродіння, збільшенням розчинності органічних речовин донних відкладів, підвищенням рухомості заліза, мангану, силіцію і інших елементів. Все це різко погіршує органолептичні показники якості води і гігієнічний стан водойми.

При забрудненні водойми пестицидами і промисловими стоками, які містять сполуки, що легко окислюються, спостерігається різке зниження розчиненого кисню і при цьому ускладнюється визначення дійсного вмісту кисню у воді. Крім того, пестициди отруюють фотосинтезуючі організми, які насичують водойми киснем.

Таким чином, розчинений у воді кисень належить до найважливіших фізико-хімічних показників, які впливають на екологічний стан водних екосистем. Він є одним із найбільш потужних природних окислювачів. Його вміст у великій мірі визначає якість води завдяки інтенсифікації процесів самоочищення, фізико-хімічної трансформації й гідробіологічного кругообігу речовин.

При підготовці статті були використані матеріали:

1. Осадчий В.И., Осадча Н.М. Многолетняя динамика и внутригодовое распределение растворенного кислорода в поверхностных водах Украины // Матер. Третьої Всеукр. наук. конф. “Гідрологія, гідрохімія і гідро екологія. – К.: Ніка-центр, 2006. – С.122-123.

2. Гольд З. Г. Словарь терминов и понятий по водным экосистемам (биологическая структура, качество вод, охрана) : учеб.-метод. пособ. / З. Г. Гольд, И. И. Морозова. – Красноярск, 2004. – 94 с.

3. Романенко В. Д. Основи гідроекології / В. Д. Романенко. – Київ : Обереги, 2001. – 728 с.

Вміст розчиненого кисню

Yu. H. Pil’kevych
Київський національний університет будівництва і архітектури
Україна

H. М. Rоzоrinov
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
Україна

Т. М. Ткаchenko
Київський національний університет будівництва і архітектури

Платежі авторів

Цей журнал бере з авторів плату за наступні послуги.

Публікація однієї статті становить: 1000,00 (UAH)

Якщо робота буде прийнята до публікації, Вам буде необхідно перерахувати журналу Плату за публікацію статті для компенсування витрат на видання.

Якщо Ви не маєте коштів на оплату публікації, Ви можете звернутися з проханням про виняток у сплаті. Ми не хочемо, щоб плата ставала перешкодою для публікації якісних наукових робіт.

Реквізити

Одержувач: Національний університет біоресурсів і природокористування України

Адреса: м.Київ, вул. Героїв Оборони, 15

IBAN: №UA038201720313211001202016289

Банк: ДКСУ, м. Київ

Код банку 820172

ЄДРПОУ 00493706

ІПН 004937026501

(Наукові видання університету)

Призначення платежу: ПІБ, особовий рахунок 18.06.03.04.01

Особовий рахунок 18.06.03.04.01

Набір статей триває до 26 січня 2024 року

Алгоритм пошуку і розрахунку наукометричного показника:

Вимірювання вмісту розчиненого у прісній водоймі кисню

Анотація

Класичні методи і засоби контролю параметрів біоти прісних водойм мають низку істотних недоліків, до яких відносяться: несистематичність контролю інформаційно важливих параметрів; низька точність контролю параметрів; великий обсяг ручних операцій; необхідність знання математичних основ методу; погана інтерпретація результатів; необхідність використання допоміжного обслуговуючого персоналу.Недоліки відомих методів можуть бути усунені при автоматизованому способі отримання і обробки інформативних параметрів біоти прісних водойм.Розроблена структурна схема процесу отримання відібраних для аналізу параметрів біоти і переважний алгоритм їх обробки.Показано, що найбільш зручним для збору масового матеріалу про вміст розчиненого кисню у водоймі являється оптичний метод. Зіставлення синхронних вимірів оптичним і електрохімічним датчиками показало істотне заниження вмісту розчиненого кисню електрохімічним датчиком в порівнянні з оптичним. Оптичний метод виміру вмісту розчиненого у воді кисню грунтований на знаходженні часу і інтенсивності флуоресценції чутливої мембрани по емпіричному співвідношенню. Молекули розчиненого кисню зменшують час і інтенсивність флуоресценції мембрани, створеної з ретельно підібраних хімічних елементів. Абсолютна концентрація може бути визначена після лінеаризації і термокомпенсації, що виконується за допомогою вбудованого датчика температури води.

Ключові слова

Повний текст:

Посилання

Shitikov, V.K., Rozenberg, G.S., Zinchenko, T.D. (2003). Kolichestvennaya gidroekologiya: metody sistemnoy identifikatsii [Quantitative hydroecology: methods of system identification]. Toliyatti, Russia: IEVB RAS, 463.

Vodyanitskiy, O.M., Potrokhov, O.S., Zin’kovs’kiy, O.H. (2015). Reproduktyvni vlastyvosti krasnopirky za diyi ekologichnykh chynnykiv [Reproductive properties of redeye for the actions of ecological factors]. The Scientific Issues of Ternopil Volodymyr Hnatiuk National Pedagogical University. Series: biology, 3/4 (64), 96-99.

Vodyanitskiy, O.M., Primachov, М.Т., Hrynevych, N.E. (2016). Vplyv temperaturnogo ta kysnevogo rezhymiv vodnogo seredovyshcha na vyzhyvanist’ ta rozvytok koropovykh ryb [Influence of temperature and oxygen conditions of water environment on survivability and development of carp fishes]. Scientific bulletin of National University of Life and Environmental Scienсes of Ukraine . Series: Biology, biotechnology, ecology, 234, 70-78.

Khyzhnyak, М.І., Yevtushenko, М.Yu. (2014). Metodologiya vyvchennya ugrupovan’ vodnykh organizmiv [Methodology of study of groupments of water organisms]. Kyiv, Ukraine: Ukrainian phytosociological center, 269.

Solomichev R.I. (2013). Razrabotka matematicheskoy modeli izmeritelya [Development of mathematical model of measuring device]. Izvestiya SFedU. Engineering Sciences, 5 (142), 75-96.

Larin V.Yu., Larina Е.Yu., Savitskaya Ya.А., Rozorinov H.N., Fedorov Е.Е., Chichikalo N.I. (2016). Kontseptsii professional’nogo proektirovaniya priborov i sistem [Conceptions of the professional planning of devices and systems]. Book 1. Kyiv, Ukraine: Каfedra, 468.

Edel’shteyn К.К. (2014). Hidrologiya ozyer i vodokhranilishch [Hydrology of lakes and storage pools]. Moscow, Russia: Pero, 399.

Lakowicz J.R. (1986). Основы флуоресцентной спектроскопии [Principles of Fluorescence Spectroscopy]. Moscow, Russia: World, 496.