溶氧 (DO) 是水生生態系和水質的關鍵參數。它代表溶解在水中的氧氣量，對於需氧生物（包括魚類、無脊椎動物和微生物）的生存至關重要。本文深入探討了溶氧的科學、其測量方法、其在各種環境中的重要性及其實際應用。

什麼是溶解氧？

溶解氧 指水中以遊離分子形式 (O2) 存在且可供水生生物利用的氧分子。氧氣溶解在水中的來源有多種：直接來自大氣、透過曝氣過程以及作為水生植物和藻類光合作用的副產品。

水中溶氧的濃度測量為 毫克每公升 (mg/L) 或 百分比飽和度。後者代表溶解在水中的氧氣相對於給定溫度和壓力下水可以容納的最大量的百分比。

氧氣在水中的溶解度受多種因素影響，包括溫度、鹽度和大氣壓力。冷水比溫水含有更多的溶氧，淡水通常比鹽水含有更多的氧氣。隨著溫度升高，氧氣的溶解度降低，因此，水中溶解的氧氣較少。

溶氧的重要性

溶氧是水質的關鍵指標，因為它直接影響水生生態系統及其中生物的健康。水生生物利用溶解在水中的氧氣進行呼吸，這對它們的生存至關重要。充足的氧氣水平支持水生生物的多樣性和生產力，而低氧氣濃度會對生態系統產生破壞性影響。

1. 水生生物

• 魚：魚類和所有需氧生物一樣，依靠溶氧來生存。它們的鰓從水中提取氧氣，然後將氧氣輸送到全身。魚類的生存很大程度取決於水中的氧氣濃度。如果氧氣含量太低，魚可能會窒息，導致死亡。
• 無脊椎動物：水生無脊椎動物如蝦、蟹和軟體動物也需要溶氧來呼吸。無脊椎動物對氧氣濃度下降很敏感，可以作為水質惡化的早期指標。
• 微生物：細菌和真菌等微生物也依賴溶解氧進行呼吸。在水生環境中，這些微生物會分解有機物，並將其分解成更簡單的化合物。健康的微生物群落對於養分循環和生態系的整體功能至關重要。

2. 生態系統健康

• 營養循環：溶氧參與多種生物地球化學循環，包括氮和磷循環。氧氣支持硝化過程，其中氨轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，然後可供植物利用。低氧水平會破壞這個循環，導致營養失衡和富營養化（水體中營養過剩，通常會導致有害的藻華）。

• 氧化還原反應：氧氣是水體中發生的氧化還原（氧化還原）反應的關鍵參與者。這些反應會影響水的化學成分，並影響金屬、礦物質和其他必需營養素的可用性。低氧含量會導致缺氧條件（完全缺氧），導致沉積物中釋放出硫化氫等有害物質。

3.水質指標

溶氧通常被用作水體整體健康狀況的指標。高水平的溶解氧通常表示水是乾淨的並且能夠支持多種水生生物，而低水平的溶解氧通常表示污染、富營養化或其他形式的環境壓力。

影響溶氧量的因素

有幾個因素會影響水中溶氧的濃度。這些因素可以增加或減少氧氣含量，具體取決於具體情況。

1.溫度

溫度對氧的溶解度有直接影響。冷水比溫水能容納更多的氧氣。例如，在0°C時，水可以容納約14毫克/公升的氧氣，而在30°C時，它只能容納約7毫克/公升。這就是為什麼極地地區和深湖的氧氣含量通常較高，而熱帶和淺水水域的氧氣含量較低。

溫度也會影響水生生物的代謝率。溫暖的水會增加魚類和無脊椎動物的新陳代謝率，從而導致更高的耗氧量。因此，這會降低溶解氧水平，尤其是在溫暖的月份。

2. 鹽度

水的鹽度影響其溶解氧氣的能力。在鹽水中，溶氧的濃度低於淡水中的濃度。這是因為鹽水含有較高濃度的溶解鹽，這減少了可用於溶氧分子的水量。

3。 壓力

大氣壓力和水深也會影響水中溶解的氧氣量。在較高海拔地區，氣壓較低，這意味著可溶解在水中的氧氣較少。同樣，在深水中，壓力較高，這增加了氧氣的溶解度，儘管如果切斷地表水循環，深水仍可能經歷低氧氣水平。

4. 水的運動

水運動，例如波浪、水流和湍流，可以透過促進通氣來增加氧氣含量。當水被攪拌時，空氣可以更有效地與水混合，使氧氣溶解。相反，池塘或流速緩慢的河流等靜止水體的氧氣濃度往往較低。

5. 光合作用和呼吸作用

• 光合作用：水生植物、藻類和浮游植物產生氧氣作為光合作用的副產品。白天，當有陽光時，光合作用可以增加水中的氧氣含量，特別是在淺水或植被茂盛的區域。

• 呼吸：另一方面，水生生物的呼吸會消耗氧氣。在夜間，光合生物不會產生氧氣，呼吸成為消耗溶氧的主要過程。這可能會導致夜間水中的氧氣含量較低。

6. 污染與富營養化

污染，特別是來自有機廢棄物、肥料和工業廢水的污染，可以顯著降低溶氧量。當有機物進入水中時​​，微生物會將其分解，這個過程會消耗氧氣。在受污染的水體中，微生物活動的增加會導致氧氣消耗速度快於補充氧氣的​​速度，進而導致缺氧（低氧）或缺氧（無氧）狀況。

富營養化是過量營養物質（通常是農業徑流中的氮和磷）促進藻類過度生長的過程，也可能導致氧氣消耗。當藻類死亡時，細菌的分解會消耗大量氧氣，導致缺氧。

測量溶氧

溶解氧的測量對於監測水質至關重要。測量溶氧量的常用方法有多種，包括：

1.溫克勒滴定法

溫克勒滴定法是用於測量溶氧的經典化學方法。在這種方法中，水樣本用與氧氣反應的試劑固定，然後用已知濃度的還原劑滴定所產生的化學反應。還原劑的用量與樣本中溶氧的濃度有關。

2.電化學感測器

電化學感測器通常用於即時 DO 測量。這些感測器通常由一個電極系統組成，用於測量陰極氧還原產生的電流。電流與氧氣濃度成正比，並以數字讀數顯示。

3. 光學溶氧感知器

光學溶解氧感測器基於螢光技術。這些感測器測量存在溶解氧的情況下物質發出的螢光的氧依賴性猝滅。此方法靈敏度高、精度高、幹擾極小，適合在惡劣條件下進行連續監測。

4.極譜式溶氧感測器

極譜感測器是電化學感測器的一個子集，依賴電解質溶液中陰極處氧氣的還原。施加電壓將氧分子驅動到陰極，氧分子在陰極被還原，產生的電流與存在的氧量成正比。

溫森溶氧感知器

產品型號	MW-O101	MW-O201	ZW-O101	ZW-O103	ZW-O102
產品原理	原電池感測器	極譜感測器	原電池模組		極譜模組
產品圖片
信號輸出	/	/	RS485（5V電平）	TTL輸出（3V電平）	RS485（5V電平）
測量範圍	0-20mg / L
解析度	0.01 mg / L.
工作溫度	0-40℃，	5-45℃，	0-40℃，
濕材料	PP
安裝方法	浸入式安裝
保養	/	建議每 3 個月更換一次電解液	/	建議每 3 個月更換一次電解液
響應時間			≤20S

溶氧測量的應用

溶氧測量在監測和管理水質、確保水生生態系統健康和支援工業流程等各個領域都至關重要。

1、環境監測

監測河流、湖泊和海洋等自然水體中的溶氧量有助於評估生態系的整體健康狀況。低溶氧量表示水質較差，通常是由於污染或優養化造成的，並可能導致魚類死亡和生物多樣性喪失。

2.水產養殖

在水產養殖中，溶氧是養殖魚類和貝類健康的關鍵參數。維持最佳溶氧量對於確保生物體的生長和生存是必要的。增氧系統，例如增氧機和充氧器，用於維持魚缸和池塘中足夠的氧氣水平。

3。 廢水處理

在廢水處理廠中，氧氣對於污水的好氧處理至關重要。微生物在處理過程中需要溶氧來分解有機物。監控和控制溶解氧水平對於維持處理過程的效率和確保廢水符合環境標準至關重要。

4.水質調節

監管機構使用溶解氧測量來制定公共衛生和生態系統保護的水質標準和指南。維持飲用水、娛樂用水和農業灌溉中足夠的溶氧量對於人類和環境健康至關重要。

5. 工業過程

在紙漿和紙張生產、化學品製造和食品加工等工業製程中，可能需要仔細控制溶解氧水平，以優化反應並維持產品品質。例如，在發酵過程中，溶氧濃度會影響酒精、藥品或其他化學物質的生產。

結語

溶氧是水生生態系健康的重要指標，也是需氧生物生存的重要組成部分。其測量和管理對於確保水質、支持水產養殖和廢水處理等行業以及保護環境至關重要。了解影響溶氧量的因素以及利用準確的測量技術對於維持水中氧氣的微妙平衡以及保護水生生物和人類的健康至關重要。