Концентрация кислорода в воде: растворим ли он и как определяется?

Введение

В современной аквакультуре аэраторы стали важнейшим средством интенсификации производства. Благодаря аэрации рыбопродуктивность водоемов может возрасти в несколько раз. Однако для того, чтобы объективно оценить потребности водоема в аэрационных мощностях, необходимо по крайней мере иметь количественные показатели, характеризующие массу кислорода, растворяемого аэратором в воде в единицу времени в расчете на единицу электрической мощности. Вполне очевидно, что в зависимости от исходного содержания кислорода производительность аэратора будет разной: максимальная производительность будет при нулевой концентрации кислорода, а минимальная при содержании, близком к нормальному насыщению. Абсолютные показатели интенсивности растворения кислорода помимо содержания кислорода зависят также от температуры воды, ее солености, атмосферного давления и других менее значимых факторов.

Простота использования и обслуживания интеллектуальных оптических датчиков растворенного кислорода

Растворенный кислород в пивоварении

Содержание растворенного кислорода (РК) при производстве пива — ключевой параметр для пивоварни любого размера. Одной из наиболее популярных крафтовых пивоварен Америки, Stone Brewing, контроль РК помогает поддерживать высокое качество уникальных сортов пива. Компания, основанная в Сан-Диего в 1996 году, является девятой по величине крафтовой пивоварней в США. Один из ее заводов расположен в Ричмонде, штат Вирджиния. В 2015 году компания стала первой американской крафтовой пивоварней, которая запустила собственное производство в Европе, Stone Brewing — Berlin.

Когда компания Stone Brewing строила завод в Ричмонде, она стремилась поддержать репутацию производителя высококачественного пива с неизменным вкусом. Чтобы на линию розлива попадало только пиво с минимальным содержанием растворенного кислорода, пивоваренному заводу в Ричмонде нужен был надежный, быстрый и не требующий технического обслуживания датчик кислорода. Кроме того, был необходим встроенный в технологическую линию датчик pH для контроля качества процедуры безразборной мойки и последующего ополаскивания.

Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предложила Stone Brewing подходящее для потребностей пивоваренной отрасли встраиваемое оборудование. 

Оптический датчик следовых количеств растворенного кислорода МЕТТЛЕР ТОЛЕДО InPro 6970i позволяет измерять содержание кислорода от 2 ppb в пиве и воде. Его высокая скорость отклика сокращает потери пива. Чувствительный элемент датчика выдерживает перепады давления и интенсивную безразборную очистку (CIP-цикл). Кроме того, он не требует заправки электролита и поляризации датчика.

Датчик InPro 6970i поддерживает технологию цифрового управления датчиками (ISM). ISM — это технология цифрового управления датчиками МЕТТЛЕР ТОЛЕДО, сочетающая преимущества встроенных средств измерения и современных технологий. Помимо прочего, ISM отслеживает состояние датчика и предсказывает, когда необходимо выполнить калибровку, очистку и замену датчика. Все системные данные, включая данные калибровки и диагностическую информацию, сохраняются на датчике.

Оптимизация технологических процессов с цифровыми датчиками
Новейшие промышленные аналитические системы автоматически определяют сроки технического обслуживания и снижают совокупную стоимость эксплуатации датчи..

Надежность измерений концентрации растворенного CO₂
В этом информационном документе рассматривается важность измерения концентрации CO₂ в процессе пивоварения. Optical Oxygen Measurement With ISM

Discover in this white paper how our optical oxygen sensors: Minimize beer loss at the filling line, improve process safety, reduce maintenance

Измерение мутности / цвета в пивоварнях

В этом техническом документе узнайте, как InPro 8600 поддерживает оптимизацию в: Фильтрация, Смешивание, Заполнение, помогая обеспечить высокое и стаб…

Optical Oxygen Measurement – Illuminate Your Process Control

This white paper explains what these advantages are and why optical measurements are replacing amperometric systems.

Основные методы насыщения воды кислородом

Способы аэрации воды:

  1. Напорный. Применяют при условии достаточного давления в водопроводе. Этот метод эффективен при небольшом содержании железа в воде – это единственный недостаток такого метода.

  2. Безнапорный. Суть этого метода заключается в распылении воды через форсунки с минимальным диаметром сопла после поступления в аэрационную колонну. Применяется при большой концентрации железа в воде.

  3. Упрощенный. Согласно этому способу вода с небольшой высоты сливается в канал системы фильтрации. Прохождение жидкости через зернистый фильтрационный слой сопровождается выделением ионов Fe2+ и Fe3+ на поверхность. Для применения такого способа требуется соблюдение двух условий: близкий к нейтральному щелочной баланс и минимальная концентрация железа.

  4. Электрохимический. Эффективный способ насыщения воды кислородом с точки зрения энергетических и экономических параметров, метод аэрации, основанный на преобразовании электрической и химической энергии. Используется для очищения воды в промышленных объемах.

Отстаивание воды позволяет производить очистку от железа естественным способом (безнапорная аэрация). Кислород окисляет соединения железа, в том числе и комплексы, неорганические и органические. Это хороший способ, но требуется емкость большого объема, а также возникает проблема с размножением водорослей и других микроорганизмов.

Такой способ очистки воды от железа рекомендуется применять для водонапорных башен при условии небольшого расхода воды, это будет оптимальным вариантом. Для воды, сильно загрязненной железом, потребуется принудительная продувка воздухом (аэрация). Для этого потребуется специальная колонка и воздушный насос. Большие емкости не потребуются.

Природа предлагает еще более простой способ искусственной аэрации. Ниспадающий поток позволяет воде насытиться воздухом (а значит, кислородом). В подтверждение этому можно провести дома небольшой эксперимент – наливайте в кастрюлю воду с некоторой высоты и увидите, как образовываются пузырьки воздуха. Тот же принцип лежит в основе любой системы искусственной аэрации. Насыщение воды кислородом из воздуха происходит в водопадах, каскадах, перепадах (в особенности, в фонтанах).

Чтобы провести обезжелезивание воды в домашних условиях, потребуются специальные вещества. Широко применяется средство Birm. Его основу составляет пористая структура, которая легче воды. Эти свойства данного вещества позволяют производить аэрацию быстро, при этом происходит удаление всех загрязнений, в том числе и железа.

Стоит иметь в виду, что это вещество плохо взаимодействует с хлором, по этой причине не стоит применять хлорку для дезинфекции. Применение воздушного компрессора может не понадобиться.

Для каталитического очищения могут применяться порошковые природные средства доломит и цеолит. Использование специальной системы при этом не требуется. Магнофилт применяется в тех случаях, когда в жидкости нет сероводорода. Greensand чувствителен к микроорганизмам, по этой причине дальнейшая фильтрация и другие способы очистки не используются.

Читайте материал по теме: Очистка воды от железа

1. ОТБОР ПРОБ

Отбор проб — по ОСТ 34-70-953.1 со следующими дополнениями.

Отбор проб воды производят одновременно в две склянки одинаковой емкости. Для этого на штуцер пробоотборной точки надевают каучуковую трубку, соединенную с тройником типа «гребенки». К последнему присоединяют две стеклянные трубки, которые опускают в пробоотборные склянки, установленные на дно ведра или специальной кружки, глубина которых должна на 7 — 10 см превышать высоту склянок.

Перед отбором проб все трубки должны быть промыты током анализируемой воды, причем для удаления из трубок воздуха целесообразно во время промывки несколько раз их поднимать. Истечение воды должно быть спокойным со скоростью 500 — 600 см3/мин.

После того, как через склянки пройдет десятикратный объем анализируемой воды, не прекращая ее поступления, осторожно вынимают стеклянные трубочки из склянок и сразу же вводят реактивы

5 Условия проведения измерений

Измерения проводят при следующих условиях, если другое не указано в руководстве (инструкции)

по эксплуатации прибора:

  • — температура окружающего воздуха…………………………………………………………….от 15 °C до 30 ФС;

  • — относительная влажность воздуха……………………………………………………………………………до 80 %;

• температура анализируемой воды……………………………………………………………..от 18 °C до 25 °C;

— напряжение питающей сети…………………………………………………………………………..от 110 до 240 В.

Допускается осуществлять электропитание от автономного источника в соответствии с руководством (инструкцией) по эксплуатации прибора.

Материал и методика

Оба аэратора имеют сходную конструкцию, которая получила широкое распространение в аэраторах разных производителей во всем мире. Вал погружного двигателя жестко соединен с гребным винтом, в ступице которого имеются отверстия для прохода воздуха. При работе винта на его срезе возникает зона разрежения, в которую поступает атмосферный воздух, интенсивно смешиваясь с водой и образуя водо-воздушную смесь. Фото испытывавшихся аэраторов представлено на рис 1.

Рис.1 Аэраторы Поток АК 0,75 (слева) и аэратор той же мощности 0,75 кВт известного европейского производителя

Эксперименты проводились в бассейне с объемом воды 5,6 м3. Исходная концентрация, с которой начинались измерения, составляла 30 % от нормального насыщения. Это значение было выбрано исходя из следующих соображений. Нулевое содержание кислорода безусловно позволило бы продемонстрировать максимально возможную производительность аэратора. Однако в рыбоводстве нулевое содержание кислорода — это уже форс-мажорная ситуация, и ориентироваться на показатели аэратора, работающего при отсутствии кислорода в воде, было бы ошибкой. Мы решили использовать в качестве начальной точки содержание кислорода, равное 30 % от нормального насыщения. При этом уровне большинство видов рыб остаются живыми и еще есть возможность избежать их гибели. Кроме того, создать нулевое содержание кислорода в воде гораздо сложнее, чем, например, содержание 30 %.

Для того, чтобы частично удалить из воды растворенный кислород и привести его содержание к 30 % нормального насыщения мы использовали метод отдувки кислорода с помощью инертного газа — аргона. В бассейн помещался обычный аэратор, к воздухозаборной трубке которого подсоединялся шланг от баллона с аргоном. Аргон подавался через редуктор и расходомер. Для того, чтобы снизить содержание кислорода в бассейне объемом 5,6 м3 требовалось обычно 30–40 минут.

Температура воды во время экспериментов не менялась и составляла 17,1 °С. Содержание кислорода измерялось с помощью тремооксиметра OxyGard Polaris TGP, который был предварительно откалиброван и проверен. После того, как в бассейне устанавливалась требуемая концентрация кислорода, в бассейн помещался испытуемый аэратор, включался секундомер и концентрация кислорода измерялась оксиметром каждую минуту. Количество растворенного кислорода в расчете на 1 кВт рассчитывалось следующим образом

(C2–C1)•V•60
Q(c, t) = —————— ,(T2–T1)•W

где Q(c, t) — количество кислорода, растворяющегося в воде в течение одного часа при концентрации кислорода (с) и температуре воды (t) в расчете на 1 кВт, г О2/кВт•час;
С2 и С1 — концентрация кислорода в конце и начале периода измерения, г/м3;
V — объем бассейна, м3;
60 — число минут в часе;
T2 и T1 — время начала и конца интервала измерения, минуты. В нашем эксперименте разница Т2 – Т1 составляла 1 минуту;
W — мощность электродвигателя аэратора, кВт, в нашем эксперименте мощность W аэраторов составляла 0,75 кВт.

Подставив фактические значения в формулу получим

(C2–C1)•5,6•60
Q(c, t) = ——————— =1•0,75

= (C2–C1)•448 гО2/(кВт•час)

• Вакуумная деаэрация

В котельных с водогрейными котлами, как правило, применяются вакуумные деаэраторы, которые работают при температурах воды от 40 до 90 °С. Вакуумные деаэраторы имеют множество существенных недостатков: большая металлоемкость, большое количество дополнительного вспомогательного оборудования (вакуумные насосы или эжекторы, баки, насосы), необходимость расположения на значительной высоте для обеспечения работоспособности подпиточных насосов. Главным же недостатком является наличие существенного количества оборудования и трубопроводов, находящихся под разряжением. В результате через уплотнения валов насосов и арматуры, неплотности во фланцевых соединениях и сварных стыках в воду поступает воздух. При этом эффект деаэрации полностью пропадает и даже возможен рост концентрации кислорода в подпиточной воде по сравнению с исходной.

Сбор данных в полевых условиях

Сравнения измерений Hach LDO и титрования по Виклеру в условиях низкой концентрации кислорода и температур

Сравнения измерений Hach LDO и титрования по Виклеру в условиях низкой концентрации кислорода и температур показали аналогичные результаты. Это говорит о способности оптического датчика достигать нуля и работать при низких температурах.

Сравнение измерений оптического датчика Hydrolab Series 5 с датчиком Hach LDO и электрода Кларка в течение недели проводилось в естественном водоеме города Найвот, Колорадо. Регистрация проводилась каждые 15 минут, и результаты измерений показали четкий суточный ритм в зеленом пруду.

Тестирование в природных водоемах

Доступные параметры

УФ-визионный спектрометр всегда калибруется на месте с использованием лабораторных значений. Эта специфическая для заказчика калибровка обеспечивает высокую точность измерений и выбор правильных длин волн.

Система может быть откалибрована по следующим параметрам:

Параметр Точное название параметра в ОТ Диапазон измерений, мг/дм3 Диапазон показаний, мг/дм3
ХПК ХПК, мг/дм3 1 – 100

5 — 10000

0 — 25000
БПК Измерения биохимического потребления кислорода (БПК), мг/дм3 0 — 35000
Аммоний-ионы Измерения массовой концентрации ионов аммония, мг/дм3 6 — 500
Азот аммонийный Измерения массовой концентрации ионов аммония, мг/дм3 5-400
Нитрит-ионы Измерения массовой концентрации нитрит-ионов, мг/дм3 0,5 -5

0,5 — 75

Азот нитритный Измерения массовой концентрации азота нитритного, мг/дм3 0,02 – 5

0,02 — 50

Нитрат-ионы Измерения массовой концентрации нитрат-ионов, мг/дм3 0,1 – 5

1,5 – 50

20-150

Азот нитратный Измерения массовой концентрации азота нитратного, мг/дм3 0,01 – 5

0,01 -100

Общий фосфор Измерения массовой концентрации общего фосфора, мг/дм3 0 — 500
Фосфат-ионы Измерения массовой концентрации фосфат-ионов, мг/дм3 0-200
Общий органический  углерод (ООУ) Измерения массовой концентрации общего органического углерода, мг/дм3 0,5 – 100

25 — 15000

50 – 25000

0-30000
Общий Азот Измерения массовой концентрации общего азота, мг/дм3 0,5 – 25

10 – 200

Взвешенные вещества Измерения массовой концентрации взвешенных веществ, мг/дм3 0,5 – 100

0,5 – 5000

0,55000

0 – 5000
Мутность Измерения мутности, ЕМФ 0 – 100 ЕМФ

0,1 – 2000 ЕМФ

0,1 – 4000 ЕМФ

Жиры Измерения массовой концентрации жиров, мг/дм3 0,1 – 50
Сульфиды Измерения массовой концентрации сульфид-ионов, мг/дм3 0,2 -100
Фенолы Измерения массовой концентрации фенолов в пересчете на C6H5OH, мг/дм3 0,1 – 10
Растворенный органический углерод Измерения массовой концентрации растворенного органического углерода, мг/дм3 0-15000
Цветность Измерения цветности по хром-кобальтовой шкале, градусы цветности 0-500

Эжектор для насыщения воды кислородом

Эжектор предназначен для смешивания воды с воздухом, а значит, и насыщения воды кислородом.

Принцип действия эжектора основан на использовании кинетической энергии потока воды, направленного в трубку меньшего диаметра. При смене сечения трубки скорость воды увеличивается, что позволяет снизить давление. В результате внутри эжектора образуется вакуум, который служит движущей силой, обеспечивающей всасывание воздуха через боковой всасывающий патрубок эжектора и их перемешивание с основным потоком воды.

На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра для воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы

Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.. Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

  • подключить систему фильтрации самостоятельно;

  • разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

  • подобрать сменные материалы;

  • устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

  • найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

ЙОДОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА

3.1. Сущность метода заключается в окислении кислородом в щелочной среде марганца двухвалентного до высших по степени окисления соединений марганца четырехвалентного и на способности последних в кислой среде выделять из йодистого калия свободный йод в количестве, соответствующем содержанию растворенного в воде кислорода.

Чувствительность метода — 50 мкг/дм3.

3.2. Приготовление рабочих растворов

3.2.1. Раствор хлористого или сернокислого марганца

45 г МnСl2× 4Н2Оили 55 г MnSO4× 5H2О растворяют в 100 см3 очищенной воды. Раствор фильтруют через бумажный фильтр. Раствор устойчив. Хранят в склянке с притертой пробкой.

3.2.2. Щелочной раствор йодистого калия или натрия

36 г натрия или калия гидроокиси, 20 г йодистого калия и 0,05 г йодноватокислого калия растворяют в 100 см3 очищенной воды. Хранят в склянке из темного стекла в течение 10 дней.

3.2.3. Раствор серной кислоты

Концентрированная серная кислота разбавляется очищенной водой в отношении 1:1. Раствор устойчив. Хранят в склянке с притертой пробкой.

3.2.4. Раствор крахмала с массовой долей 1 %

Растворяют 1 г крахмала примерно в 20 см3 очищенной воды и вливают эту суспензию в 80 см3 кипящей очищенной воды. Раствор пригоден в течение двух суток.

3.2.5. Растворйода концентрации с (1/2 J2) = 0,1 моль/дм3готовят из фиксанала, а затем разбавлением точно в 10 раз. Раствор йода концентрации с (1/2 J2) = 0,01 моль/дм3 готовят в день употребления.

3.2.6. Раствор тиосульфата натрия концентрации с (Na2S2O3× 5H2О) = 0,01 моль/дм3

Сначала готовят раствор концентрации с (Na2S2O3× 5H2О) = 0,1 моль/дм3 из фиксанала, а затем разбавлением этого раствора точно в 10 раз, непосредственно перед употреблением, получают раствор концентрации с (Na2S2O3× 5H2О) = 0,01 моль/дм3. Раствор неустойчив.

3.3. Проведение анализа

В две склянки одинакового объема отбирают пробу как описано в п. . Оставляя склянки под водой, в одну из склянок вводят 1 см3 раствора соли марганца и 1 см3 щелочного раствора йодистого калия. Во вторую склянку вводят 3 см3 кислоты. Затем обе склянки плотно закрывают притертыми пробками, вынимают из воды и перемешивают содержимое каждой.

В первую склянку после оседания осадка приливают 3 см3 кислоты, закрывают пробкой и перемешивают. Во вторую склянку добавляют 1 см3 щелочного раствора йодистого калия и 1 см3 раствора соли марганца, закрывают пробкой и перемешивают.

Затем в две одинаковые конические колбы вводят точно по 2см3 раствора йода концентрации с (1/2 J2) = 0,01 моль/дм3 и все содержимое склянок переливают в эти колбы. Закрыв колбы часовыми стеклышками или притертыми пробками, оставляют их в темное месте на 5 мин, после чего титруют содержимое колб раствором тиосульфата натрия концентрации с (Na2S2O3× 5H2О) = 0,01 моль/дм3 до светло-желтой окраски, после чего добавляют 1 см3 раствора крахмала и продолжают титровать до полного обесцвечивания жидкости.

3.4. Обработка результатов

Концентрацию кислорода в миллиграммах на кубический дециметр вычисляют по формуле

где а1расход раствора тиосульфата на титрование объема жидкости в первой склянке, см3;

а2расход раствора тиосульфата на титрование объема жидкости во второй склянке, см3;

0,08 — количество миллиграммов кислорода, соответствующее 1 см3 раствора тиосульфата, концентрации с (Na2S2O3× 5H2О)= 0,01 моль/дм3;

0,005 — поправка на содержание кислорода, растворенного в введенных реактивах (в1 см3 соли марганца и 1 см3 щелочного раствора йодистого калия);

V — объем пробы, взятыйдля анализа, см3.

Суммарные погрешности результатов определения растворенного кислорода йодометрическим методом с доверительной вероятностью Р = 0,95 указаны втабл. .

Таблица 1

50

100

200

Суммарная погрешность определения, %

± 40

± 20

± 10

Необходимые реактивы:

  • HCl или H2SO4.
  • Универсальная индикаторная бумага.
  • NH4Cl.
  • K2Cr2O7.
  • NaOH или KOH.
  • KH2PO4.
  • Ректификованный этиловый спирт.
  • Вода дистиллированная, свежепрокипячённая, охлаждённая до комнатной температуры.
  • KI или NaI
  • FeCl3
  • Хлороформ.
  • MnCl2 или MnSO4.
  • MgSO4.
  • Крахмал растворимый.
  • Фильтры обеззоленные «белая лента» и «синяя лента».
  • Na2HPO4 или Na2HPO4.
  • Na2CO3.
  • СaCI2.
  • K2HPO4.
  • Na2S2O3.

Следует применять реагенты с квалификацией ч.д.а. Допускается использование реактивов, изготовленных по другой технической документации, если они не хуже указанных выше.

Более подробно со списком требуемых средств измерений, реактивов и вспомогательных устройств можно ознакомиться в п. 4.1 и п. 4.2 РД 52.24.420-2006.

Требования к показателю ХПК

Как говорилось ранее, по показателю ХПК можно судить о степени загрязненности воды. Значение ХПК менее 10 мг/дм3 говорит о слабом загрязнении воды, ХПК в пределах 10-20 мг/дм3 о среднем загрязнении, а более высокие значения ХПК (до 65 мг/дм3 и выше) характеризуют сильное загрязнение воды и необходимость очистки.

Для сравнения, величина ХПК питьевой воды не превышает 5 мг/дм3.

Следует отметить, что на сегодняшний день в России существуют нормативы ХПК при сбросе сточных вод в водоемы питьевого и хозяйственно-бытового назначения и водоемы, используемые для рекреационного назначения. Величина ХПК при сбросе в указанные водоемы не должна превышать 15 мг/дм3 и 30 мг/дм3 соответственно (СанПин 2.1.5.980-00). В то же время предельно допустимые показатели ХПК для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения не нормируются.

Результаты и обсуждение

На Рис. 2 показаны первичные данные, полученные при измерениях. Опыты проводились в двойной повторности. На оси Y отмечена концентрация кислорода в г/м3, на оси Х — время проведения измерений с интервалом в 1 минуту. В начальный период измерений, когда концентрация кислорода была близка к 30% насыщения, аэратор известного европейского производителя растворял 392 г/кВт•час, а аэратор Поток АК растворял 386 г/кВт•час, разница по этому показателю составляла менее 2% и была статистически недостоверной. В конце измерений, когда содержание кислорода приблизилось к 90% насыщения, аэраторы растворяли одинаковое количество кислорода : 112 г/кВт•час. Производительность по растворению кислорода при увеличении насыщения с 30 до 90% снизилась в 3,5 раза.

Рис.2 Концентрация кислорода в бассейне с интервалом в 1 минуту

Таким образом оба аэратора показали практически полную идентичность по производительности. Необходимо особо отметить, что эффективность аэрации в первую очередь зависит от того, насколько вода насыщена кислородом. При прочих равных условиях решающее преимущество получит тот аэратор, который будет использовать для аэрации воду с минимальным содержанием кислорода. Это соображение положено в основу конструкции аэраторов серии Поток.

Большинство моделей наших аэраторов отличаются тем, что двигатель и винт размещены внутри трубчатого кожуха, что наделяет аэраторы возможностью закачивать воду из глубины водоема, превращая аэраторы отчасти в пропеллерные насосы (Рис. 2 и Рис. 3).

Известно, что в поверхностных водоемах содержание кислорода, как правило, не одинаково на разных глубинах. С ростом глубины кислород обычно падает. Аэрация придонных, обедненных кислородом слоев воды будет в несколько раз эффективнее, чем аэрация поверхностных слоев. Иными словами, одинаковые по мощности аэраторы будут по разному насыщать водоем кислородом, если один из них аэрирует максимально обескислороженную воду, а другой воду, более насыщенную кислородом. Любой аэратор серии Поток ( за исключением аэраторов Поток АК ) способен забирать для аэрации воду с глубины с помощью рукава или водозаборной трубы, одеваемой на трубчатый кожух, который имеет стандартные присоединительные размеры. Эта особенность аэраторов отражена в патенте №147189 от 15.04.2014 ( заявка №2014114659), который защищает конструктивные отличия данных моделей.

Другой особенностью наших аэраторов является то, что они имеют большие углы регулировки наклона двигателя относительно горизонта. Это позволяет направлять поток водо-воздушной смеси в глубину водоема, что также повышает эффективность аэрации. Механизм регулировки хорошо виден на рис. 3.

Рис.3 Внешний вид аэратора Поток Универсал. Двигатель помещен внутрь трубчатого кожуха

Рис.4 Отверстия для забора глубинных слоев воды

Способность аэраторов серии Поток обрабатывать воду в глубине водоема, значительные углы регулировки наклона моторного модуля выгодно отличают аэраторы, выпускаемые нашим предприятием, а их удельная производительность по кислороду при прочих равных условиях не уступает зарубежным моделям.

Расчет, определение и оформление результатов

После титрования исследователь может переходить к этапу определения и оформления результатов. Для определения массовой концентрации растворённого в воде кислорода следует применять следующую формулу:

где М – молярная масса КВЭ кислорода (8 мг/ммоль); Cm – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/дм3; Vm – объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, см3; V – вместимость кислородной склянки, см3; V1 – суммарный объём растворов хлорида марганца и йодида калия, добавленных для фиксации растворённого кислорода, см3.

Непосредственно БПК определяют по формуле:

БПК5 = Хн – Xк,

где Хн – массовая концентрация растворённого в анализируемой пробе кислорода, Хк – массовая концентрация растворённого кислорода в инкубированной в течение 5 суток пробе.

Если проба подвергалась разбавлению, то БПК5 для неё определяют по следующей формуле:

БПК5 = (Хн – Хк) * P – БПК5р * (Р-1),

где Хн – концентрация O2 в пробе до инкубации, Хк – концентрация О2 после инкубации в течение 5 сут., БПК5р – биохимическое потребление кислорода в пробах разбавляющей воды, Р – степень разбавления пробы.

БПК5 определяется для двух инкубированных склянок, а затем результаты измерения, в случае, если их расхождение не превышает предела повторяемости, усредняются и результат измерения представляется в виде:

Х ± D(Р = 0,95),

Где D – границы характеристик погрешности измерения для данной величины БПК5.

Каким образом происходит насыщение воды кислородом

Аэрация – это процесс естественного или искусственного насыщения кислородом. Насыщение воды может производиться с помощью технических средств (подведение воздуха) или путем ликвидации преграды (льда, маслянистой пленки и т. д.).

Кислород – основной показатель качества воды. Он содержится в природной воде в виде молекул О2. На его концентрацию в воде оказывают влияние две группы противоположно направленных процессов: одни поднимают концентрацию кислорода, другие ее уменьшают.

Первая группа включает в себя следующие процессы:

  • абсорбция кислорода из атмосферы;

  • выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;

  • подпитка водоемов дождевыми и снеговыми потоками, в которых обычно содержится много кислорода.

Процесс окисления органических веществ (биологический, биохимический и химический), замедляет процесс насыщения воды кислородом.

В поверхностных водах концентрация растворенного кислорода находится в диапазоне от 0 до 14 мг/л и подвергается сезонным и суточным колебаниям. Последние зависят от того, насколько интенсивны процессы его продуцирования и потребления и могут составлять до 2,5 мг/л растворенного кислорода.

Зимой и летом распределение кислорода происходит в процессе стратификации. Нехватка кислорода чаще встречается в водных объектах с большой концентрацией загрязняющих органических веществ и в вырождающихся (перерождающихся) водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Окислительно-восстановительный потенциал, направление, а также скорость химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений – все это определяется концентрацией кислорода. Содержание в воде О2 обуславливает способность микроорганизмов противостоять изменениям различных компонентов окружающей среды, особенно ее неблагоприятным факторам (маленькая разница парциального давления кислорода в воде и крови снижает уровень окислительных процессов в организмах).

Функциональная деятельность всего организма, стойкость его к неблагоприятным воздействиям, величина потребления и ассимиляции пищи – обусловлено влиянием уровня окислительных процессов.

Читайте материал по теме: Обессоливание воды

Заключение

Параметр Титрование по Виклеру Оптический датчик Электрохимический электрод Гальванический электрод
Средняя исходная ошибка, net bias, мг/л 0.19 0.55 0.22 Насколько датчик точен в начале
Частота исходных ошибок 0.2 мг/л или меньше, % 50 40 10
Частота исходных ошибок 0.2 мг/л или больше, % 10 60
Расброс значений в начале измерений, мг/л 0.9 3.1 9.5
Индивидуальная точность, % 0.22 0.11 0.11 0.18 Насколько идентичны одинаковые модели датчиков
Обычное отклонение за первую неделю, мг/л 0.39 0.77 1.01 Насколько высокие отклонения измерений
Вариабельность отклонений (завышает или занижает), мг/л 0.58 3.94 0.74
Ранний срок начала отклонений более 2.0 мг/л, дни 14 3 8
Mooney R., Arnerich T., Performance of optical dissolved oxygen sensors in seven site, mix matrix study

Рассмотрены три стандартных метода определения концентрации растворенного кислорода в воде.
Титрование по Винклеру подходит для точного измерения кислорода в природных водоемах, но имеет ограничения, касающиеся токсичной природы химических реактивов и трудозатрат на выполнение процедуры. Кроме того, сложно анализировать образцы, далекие от равновесного состояния (слишком аноксические и гипероксические).

В электродах Кларка мембрана покрывает амперометрический сенсор. Полвека назад этот датчик стал шагом вперед в реал-тайм мониторинге уровня растворенного кислорода. Электроду присущи ограничения, так как он потребляет кислород и требует частого обслуживания.

Оптические датчики, работающие на технологии фазового смещения сигнала и принципе гашения люминесценции кислородом, имеют существенные преимущества. Они наиболее точные и имеют самый долгий срок службы среди других датчиков, включая оптоды, использующие оценку интенсивности сигнала. В условии нормальных концентраций веществ, они лишены каких-либо помех, и в этом плане превосходят электрохимический метод измерения и титрование.

Таким образом, метод не имеет таких ограничений, какие имеет химический мембранный метод. Мембрана не взаимодействует с кислородом, поэтому нет необходимости помешивания датчика. Кроме того, прочная конструкция датчика обеспечивает калибровку на долгие годы.

В качестве рабочего варианта приведу характеристики модели In-Situ Inc.’s Rugged Dissolved Oxygen (RDO) Titan Probe. Далее следуют выдержки из руководства по эксплуатации.

Прочность конструкции

Датчик устойчив к стиранию и потери флуоресценции в ходе фотовыгорания. Выдерживает высокую соленость раствора, состоит из устойчивых к коррозии материалов. Нечувствителен к помехам, которые обычно возникают у датчиков с мембраной (сероводород, хлор, аммоний и другие).

Простота обслуживания

Датчик не требует частой калибровки. Включает средства диагностики состояния датчика. Работает с очень малыми отклонениями в течение длительного периода времени. Быстро реагирует на изменения концентрации кислорода и температуры. Обеспечивает стабильные, воспроизводимые результаты (<0.05 мг/л).

Характеристики

Тип датчика: Оптический DO датчик с классическим колпачком.

Диапазон измерений: 0 – 50 мг/л.

Точность: ±0.1 мг/л от 0 до 8 мг/л; ±0.2 мг/л от 8 до 20 мг/л; ±10% от 20 до 50 мг/л.

Разрешение: 0.01 мг/л.

Время ответа, колпачок: T90 <45 сек. T95 <60 сек. Температура 25°C.

Диапазон измерений температуры: 0 — 50°C.

Точность измерения температуры: ±0.1°C обычно.

Разрешение измерения температуры: 0.01°C.

Условия среды

Давление: 150 psi от 0 до 50°C; 300 psi до 25°C.

Глубина: 210 метров до 25°C.

Рабочая температура: Для колпачка датчика 1 — 60°C в заводском контейнере; датчика -5 — 60°C.

Помехи от химических веществ: спирты >5%, перекись водорода >3%, раствор гипохлорита (белизна) >3%, газообразный диоксид серы, газообразный хлор.

——
www.intuit.ru/studies/courses/590/446/lecture/9934?page=3
www.eco.nw.ru/lib/data/09/4/030409.htm
masters.donntu.org/2011/fkita/prokof%27eva/library/article9.htm
www.coastalwiki.org/wiki/Oxygen_sensors
archimer.ifremer.fr/doc/2006/publication-1413.pdf
onlinelibrary.wiley.com/doi/10.4319/lom.2014.12.139/pdf
in-situ.com
www.slideserve.com/khoi/optics-for-dissolved-oxygen