溶解氧--溶解氧的含量及其影响因素

总的说来，，贫营养水体及流动水体、以大 气溶解增氧贡献最大，富营养型静水水体则以 光合增氧为主。例如有人调查指出：在自然条 件下，静水养鱼池溶解氧的总收入中，关合作 用增氧约占89%，空气溶解增氧约占7%，其 余4%为水补给增氧。当然，不同水体，条件 千差万别，这一比例，不是一成不变的。
2.水中耗氧作用及其影响因素： （1）物理作用耗氧 水中溶氧过饱和时，会不断地向空气逸散，过饱和程 度越大，曝气越充分，则逸散损失越多越快，这一过程 仅在水--气截面处进行。氧气也会随水流失。 （2）化学作用耗氧 水体内有些物质可以经由化学反应（或生物代谢作用） 下耗氧气，其反应计量关系如表所示
溶解氧仪

溶解氧分析仪传感部分是由金电极(阴极)和银电极(阳 极)及氯化钾或氢氧化钾电解液组成，氧通过膜扩散 进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶 解氧仪_溶解氧分析仪电极加上0.6～0.8V 的极化电压 时，氧通过膜扩散，阴极释放电子，阳极接受电子， 产生电流，整个反应过程为：阳极 Ag+Cl→AgCl+2e-， 阴极 O2+2H2O+4e→4OH-，根据法拉第定律：流过 溶解氧分析仪电极的电流和氧分压成正比，在温度不 变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。


氧气的分压：在水温含盐量一定时，水中溶解 氧的饱和含量随液面上氧气分压的增大而增大。 亨利定律 水面上氧气分压的大小与水面上大气压强有关。 随着海拔的增高，大气压强逐渐降低，所以对 于地处高原区域的天然水，溶解氧的饱和含量 较低。


水中溶解氧含量还受到两种作用的影响：一种是 使DO下降的耗氧作用，包括好氧有机物降解的 耗氧，生物呼吸耗氧；另一种是使DO增加的复 氧作用，主要有空气中氧的溶解，水生植物的 光合作用等。这两种作用的相互消长，使水中 溶解氧含量呈现出时空变化。 在自然条件下，水在流动时，复氧过程比较迅 速，较易补充水中氧的消耗，使水体中溶解氧 保持一定的水平，反之，在静水条件下，复氧 过程缓慢，水中含氧得不到及时补充，处于嫌 气状态。
（2）植物光合作用增氧 在自然条件下，这常是养殖水体内溶解氧的最大供应 者，在溶解总收入中占很大比例 植物光合作用增氧有以下特点： 第一，周日变化明显。仅白天十几小时增氧，晚上反 耗氧； 第二，水层差别大。仅在光线充足的表水层内增氧， 底水层因官衔不足或全无官衔，只耗氧，不增氧；
第三，效果不稳定。增氧的数量及速率随光照条件， 水温，植物的种类、数量、生理状态以及CO2、营养 盐的供给状况等因素不同而不同，时空变化很大。



人类及其他陆上动物，是靠呼吸空气中的氧气生存。 空气中氧气量多而稳定，一般都是210毫升O2／升空 气。因此，在空气中生存的动物，从来没有感到缺氧 的威胁。 水中溶解的氧气却量少多变。例如淡水中溶解氧饱和 含量仅8—10毫升／升水，还不到空气中氧气含量的1 ／20。海水中溶解氧更少。这表明：水中鱼、虾、贝、 藻类的呼吸条件较差，不时面临缺氧窒死的威胁。有 人估计：直接间接缺氧致死的鱼类，约占养殖鱼类死 亡总数60％。 由此可见，掌握水中溶解氧的动态规律，熟悉缺氧的 原因及对策，对于正确组织养殖生产，改进技术、夺 取高产，是很重要的。

3. 溶液中含盐量 盐水中的溶解氧明显低于自来水中的溶解 氧，为了准确测量，必须考虑含盐量对溶解氧 的影响。在温度不变的情况下，盐含量每增加 100mg/L，溶解氧降低约1%。如果仪表在标 定时使用的溶液的含盐量低，而实际测量的溶 液的含盐量高，也会导致误差。在实际使用中 必须对测量介质的含盐量进行分析，以便准确 测量及正确补偿。
溶解氧含量表示方法：

氧分压(mmHg)； 百分饱和度(%)； 氧浓度(mg/L 或10-6) 本质上没什么不同。 (1) 分压表示法：氧分压表示法是最基本和最本质的表 示法。根据Henry 定律可得，P=(Po2+P H2O )×0.209，其中，P 为总压；Po2 为氧分压 (mmHg)；P H2O为水蒸气分压；0.209 为空气中氧 的含量。
第五章 溶解氧来自本章主要介绍溶解氧的基本概念，溶解氧的影 响因素，溶解氧的分布变化规律，生物缺氧的 原因和表现及增氧措施。要求了解增氧作用和 耗氧作用，熟悉并掌握溶解氧的日变化，垂直 分布，水平分布规律和生物缺氧及增氧措施。
概述



空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧。水 中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温 度都有密切关系。 在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故 水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的 含量愈高。溶解于水中的分子态氧称为溶解氧， 通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示。 水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个 指标。
制约溶氧仪氧测量的因素： 温度、压力和水中溶解的盐，流速。

1. 温度的影响 由于温度变化，膜的扩散系数和氧的溶解度都将 发生变化，直接影响到溶氧电极电流输出，常采用热 敏电阻来消除温度的影响。温度上升，扩散系数增加， 溶解度反而减小。温度对溶解度系数a 的影响可以根 据Henry 定律来估算，温度对膜扩散系数β可以通过 阿仑尼乌斯定律来估算。 当溶解度系数a 计算出来后，可通过仪表指示和化验 分析值对比计算出膜的扩散系数(这里略去计算过程)， 膜的扩散系数在25℃时为1.5%/℃。
影响氧气溶解速率的因素
1 溶解氧的不饱和程度：在其他条件一定时，氧 气在水中的溶解速率与其不饱和程度呈正比。 氧气的不饱和程度越大，溶解速率越大。 2 气液界面积大小：气体的溶解发生在气液界面 处，在其他条件一定时，增大单位面积液体 的界面积，则在相同的时间内就有更多的氧 气分子通过界面进入水中，使溶解速率增大

(2) 百分饱和度表示法：由于曝气发酵十
分复杂，氧分压不能计算得到，在此情况
下用百分饱和度的表示法是最合适的。例
如将标定时溶解氧定为100％，零氧时为0
％，则反应过程中的溶解氧含量即为标定
时的百分数。

(3) 氧浓度表示法：根据Henry 定律可知 氧浓度与其分压成正比，即：C=Po2×a， 其中C 为氧浓度(mg/L)；Po2 为氧分压 (mmHg)；a 为溶解度系数(mg/mmHg· L)。 溶解度系数a 不仅与温度有关，还与溶液 的成分有关。对于温度恒定的水溶液，a 为常数，则可测量氧的浓度。氧浓度表示 法在发酵工业中不常用，但在污水处理、 生活饮用水等过程中都用氧浓度来表示。
一、溶解氧的饱和含量


溶解氧是指以分子状态溶存于水中的氧气单质， 不是化合态的氧元素，也不是氧气气泡。溶解 氧通常简记为“DO”。 氧气溶于水中是一可逆过程， O2溶入水中的速度与水中逸出O2的速度相等 时，溶解即达成动态平衡。此时，水中溶解 O2的浓度，即为该条件下溶解氧的饱和含量， 在其他条件一定时，溶解氧饱和含量随温度、 含盐量升高而下降。

(1) 氧的溶解度系数：由于溶解度系数不仅受 温度的影响，而且受溶液的成分的影响。在相 同氧分压下，不同组分的实际氧浓度也可能不 同。根据亨利定律可知氧浓度与其分压成正比， 对于稀溶液，温度变化溶解度系数a 的变化约 为2%/℃。 (2) 膜的扩散系数：根据阿仑尼乌斯定律，溶 解度系数β与温度T 的关系为：C=KPo2· exp(β／T)，其中假定K、Po2 为常数，则可以计 算出β在25℃时为2.3%/℃。
3）水补给混合增氧 人工泵水、注水，自然流水不及以及水体内部水 团的垂直对流均属于这类，在底水层溶氧增补上 有重要意义，对整个水体来说，效果多不显著。 例如，设某水池，原有水5000吨，D.O=5ppm， 后注入1000吨D.O=1000ppm的水，并彻底混匀， 则注入后的溶氧浓度只为（1000×10+5000×5） ÷（1000+5000）=5.8ppm 可见增加不多。仅在补给水量达、流速快、溶氧丰 富时，本法增氧效果才显著。
四，溶解氧的实际含量

水体表面直接与空气接触，相互间可以自由地进 行物质交换与能量交换，因此，水与空气之间， 按理应该达成溶解平衡，水中溶解氧含量应是该
条件下的饱和含量。然而，溶解氧的实际含量往
往不等于饱和含量，具体数值决定于当时条件下
水中增氧作用与耗氧作用，这是矛盾的运动特点。
1.水中增氧作用及其影响因素 （1）空气中O2的溶解 只要水中溶解氧未饱和，这一作用可全天进行。 在温度一定时，水与空气接触越充分，水中溶 解氧不饱和程度越大，则溶解增氧越快。空气 自然溶解增氧通常只限于表水层，在养殖水体 溶解氧的总收支平衡中只占很小的比例。深度 较大，对流不耗的静水体尤为如此。 因此搅动水体，增大水体与空气的接触，有利 于氧气的溶解。在不饱和程度相同的条件下， 水面开阔，水流急的水体比水面狭窄，水流平 缓的水体溶解快的多。
植物光合作用增氧速率可依照以下式子计算。
自然增氧率（gO2/h）=（增氧后总溶氧量-增氧前 总溶氧量）÷（光合作用持续时 间） （3--2） 式中溶氧总量是由各水层水量乘以该水层溶氧浓 度后相加求得的。 调查指出：一般河流湖泊表水层内，夏季光合作 用产氧能力为0.5～10gO2/m2水面.day，最高记 录达59gO2/m2水面.day。是一亚热带鱼池的实测 结果。
3 气液界面更新情况：搅动气液界面可使溶有较 多氧气的界面上的水迅速离开界面，而代之 含少量氧气的水，这样可以使溶解速率增大。 但是如果水中溶解的氧气是过饱和的，搅动 后会是溶解的氧气向大气逸出。 4 温度：温度能改变气体分子的运动速度，也改 变气体的溶解度，所以温度对氧气的溶解速 率有很大的影响。在含量相同的情况下，温 度降低，溶解速率一般增大。
二、影响溶解氧饱和含量的因素

溶解氧的含量与水温、氧分压、盐度、水 深深度、水生生物的活动和耗氧有机物浓度有 关。

水温：在氧气分压，含盐量一定时，溶解氧的 饱和含量随着水温的升高而降低。低温下溶解 氧的饱和含量随温度的变化更加显著。 含盐量：在水温，氧气分压一定时，水的含盐 量越高，水中溶解氧的饱和含量越小。海水的 含盐量比淡水的含盐量高的多，在相同条件下， 溶解氧在海水中的饱和含量比在淡水中要低得 多。天然淡水水体内含盐量的变化幅度很小， 所以含盐量对溶解氧的饱和含量影响不大，可 近似以纯水中的饱和含量计算。