溶解氧溶解氧的含量及其影响因素.ppt

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1、关于溶解氧溶解氧的含量及其影响因素现在学习的是第1页，共44页n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。现在学习的是第2页，共44页n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。n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。n水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指

2、标。概述现在学习的是第3页，共44页n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。n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810毫升升水，还不到空气中氧气含量的120。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。n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。现在学习的是第4页，共44页一、溶解氧的饱和含量一、溶

3、解氧的饱和含量 n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”。n 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。现在学习的是第5页，共44页n 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。二、影响溶解氧饱和含量的因素现在学习的是第6页，共44页n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

4、的饱和含量随温度的变化更加显著。n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。现在学习的是第7页，共44页n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。n亨利定律n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。现在学习的是第8页，共44页水中溶解氧含量还

5、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。现在学习的是第9页，共44页溶解氧仪n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0.60

6、.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+ClAgCl+2e-，阴极 O2+2H2O+4e4OH-，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。现在学习的是第10页，共44页现在学习的是第11页，共44页制约溶氧仪氧测量的因素：温度、压力和水中溶解的盐，流速。n1.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

7、来估算，温度对膜扩散系数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%/。现在学习的是第12页，共44页n(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，溶解度系数与温度T 的关系为：C=KPo2exp(-T)，其中假定K、Po2 为常数，则可以计算出在25时为2.3%/。现在学

8、习的是第13页，共44页n2.大气压的影响 根据Henry 定律，气体的溶解度与其分压成正比。氧分压与该地区的海拔高度有关，高原地区和平原地区的差可达20%，使用前必须根据当地大气压进行补偿。有些仪表内部配有气压表，在标定时可自动进行校正；有些仪表未配置气压表，在标定时要根据当地气象站提供的数据进行设置，如果数据有误，将导致较大的测量误差。现在学习的是第14页，共44页n3.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

9、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。现在学习的是第15页，共44页n4.样品的流速 氧通过膜扩散比通过样品进行扩散要慢，必须保证电极膜与溶液完全接触。对于流通式检测方式，溶液中的氧会向流通池内扩散，使靠近膜的溶液中的氧损失，产生扩散干扰，影响测量。为了溶解氧仪测量准确，应增加流过膜的溶液的流量来补偿扩散失去的氧，样品的最小流速为0.3m/s。现在学习的是第16页，共44页n总结：由于温度变化对电极膜的扩散和氧溶解度有较大影响，标定时需较长时间(约10min)，以使温补电阻达到平衡；氧分压与该地区的海拔高度有关，仪表在使用前必须根据当地大气压

10、进行补偿；测量溶液的含盐量高时，仪表标定时应使用含盐量相当的溶液；对于流通式测量方式，要求流过电极的最小流速为0.3m/s。现在学习的是第17页，共44页三、溶解氧的饱和度三、溶解氧的饱和度n溶解氧饱和度%=溶解氧的实测含量实测条件下溶解氧的饱和含量100%饱和度对于判断水体-空气之间进行氧气交换的方向，甚为方便。当饱和度小于100%、溶氧未达饱和时，水可以从空气溶解吸收O2；反之，当溶氧饱和度大于100%、过饱和时，就有氧气从水中溢出，进入空气。现在学习的是第18页，共44页 要注意的是：过饱和的那部分溶解氧，并不立即成为气泡溢出。原因是：无论什么气体，要成气泡溢出气泡内的气压一定要大于外压

11、。溶解氧要成为氧气气泡逸入空气，就要求氧气气泡内的压力超过一各大气压，相应的溶氧含量大约是饱和含量的5倍。正因为这一原因，在养殖水体或水域内，有时可以看到饱和度高达200250%的溶解氧，而且可以维持几小时过饱和状态不变。现在学习的是第19页，共44页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，使溶解速率增大现在学习的是第20页，共44页3 气液界面更新情

12、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。现在学习的是第21页，共44页溶解氧含量表示方法：n氧分压(mmHg)；n百分饱和度(%)；n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；Po

13、2 为氧分压(mmHg)；P H2O为水蒸气分压；0.209 为空气中氧的含量。现在学习的是第22页，共44页n(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。现在学习的是第23页，共44页n(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=Po2a，其中C 为氧浓度(mg/L)；Po2 为氧分压(mmHg)；a 为溶解度系数(mg/mmHgL)。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

14、，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。现在学习的是第24页，共44页四，溶解氧的实际含量四，溶解氧的实际含量 n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。现在学习的是第25页，共44页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

15、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。n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。现在学习的是第26页，共44页（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

16、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。现在学习的是第27页，共44页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0.510gO2/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。现在学习的是第28页，共44页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

17、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（100010+50005）（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。现在学习的是第29页，共44页n 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

18、水体，条件千差万别，这一比例，不是一成不变的。现在学习的是第30页，共44页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现在学习的是第31页，共44页n硫 化 氢 H2S+2O22H+SO42-2 氢 6H2+2O2+CO2(CH2O)+5H2O 0.33甲 烷 CH4+2O2CO2+2H2O 2碳 酸 亚 铁 4FeCO3+O2+6H2O4Fe(OH)3+

19、4CO2 0.25铵 盐 NH4+0.5O2NH2OH+H+0.5黄 铁 矿 FeS2+3.5O2+H2O2SO42-+Fe2+2H+3.5 硫 2S+2O22SO2 1耗氧量按每氧化一摩尔物质需要消耗氧气的摩尔数计现在学习的是第32页，共44页（3）生物总耗氧 A 水生生物呼吸耗氧。水中鱼，贝类、浮游生物、细菌等，在生命活动过程中要不断地呼吸耗用水中溶氧。生物密度越大，呼吸耗O2越多。在一定范围内，温度越高，呼吸耗O2越快。其他生理生态因子如个体大小，营养条件，水的pH，O2，CO2及毒物含量等，对生物呼吸耗氧速率，均有影响。现在学习的是第33页，共44页调查指出：鱼类等较大型动物呼吸耗O2

20、速率多变化在44446.5毫升O2千克动物小时之间设计循环养鱼装置时常用100毫升O2千克动物小时或200毫克O2千克鱼小时。浮游动物耗O2更快，一些静水养鲤池的调查结果为721932毫升O2千克动物小时(205265)。细菌耗O2速率取决于它们的增殖速率。增殖越快，耗O2快。现在学习的是第34页，共44页浮游植物及其他水生植物也会呼吸耗O2，不过，白天光呼吸的耗O2量远小于光合作用的产O2量，生产者，在晚上则表现为纯粹的耗O2者。有些资料指出：处在指数生长期的浮游植物，每日，呼吸耗氧仅为其产氧量的1020%左右现在学习的是第35页，共44页细菌耗氧n一般认为：鱼塘中生物呼吸耗02，通常以浮游

21、生物及细菌为主例如高产塘大庆池的池水耗02速率在7毫克02升水日以上。现在学习的是第36页，共44页B 有机物分解耗02n这一过程大都与生物活动有关，纯化学氧化耗02意义不大。水中一些常见低分子量有机物被生物分解时耗氧量如表所示。现在学习的是第37页，共44页生物同化分解某些低分子有机物时的反应及耗氧量乙 酸 CH3COOH+02(CH20)*+CO2+H20 1 丙 酸 2CH3CH2COOH+5 O 2 2(CH20)+4C02+4H20 25 乙 醇 2CH3CH20H+3 O 23(CH20)+CO 2+3H20 15 乳 酸 CH3CHOHCOOH+02 2(CH20)+C02+H2

22、0 1 丙酮酸 CH3COCOOH+1502(CH20)+2 C02+H2O 1.5葡萄糖 C6H1202+2024(CH2O)+2C02+2H2O 2亮氨酸 C4H9CHNH2COOH+4502(C3H7NO2）+3C02+3H20 4.5丁 酸 2 C4H802+502 5(CH2O)2+S 2 2.5戊 酸 2C5H10002+6 027(CH20)+3C02+3H20 3*括号内的物质表示同化为生物物质*括号内的物质表示同化为生物物质*耗02量以每同化分解1摩尔物质所耗02的摩尔数表示现在学习的是第38页，共44页C 底质耗02n这主要也是呼吸过程。沉积物中有机物越多，则耗氧潜力越大水

23、温升高、氧气浓度较大、生物活性强时，底质耗氧速度也快。据调查：一般淡水湖泊沉积物的耗02速率约在0.31099(克02米2日)范围。鱼塘底泥中有机物及生物多些，耗02也多些，据一些养鳗池调查结果为11132克02米2日。现在学习的是第39页，共44页n在水一泥界面不搅动时，底质主要消耗界面附近水中的O2，受扩散作用限制，速度较慢。要是水的流速增大，泛起底泥，与含O2量高的水充分接触，则底质耗O2速率增大。n在水一泥界面不搅动时，底质主要消耗界面附近水中的O2，受扩散作用限制，速度较慢。要是水的流速增大，泛起底泥，与含O2量高的水充分接触，则底质耗O2速率增大。现在学习的是第40页，共44页水流

24、速对积累在人工河道中沉积物耗02的影响平 均 流 速(毫米秒)15305060底质平均耗O2率(克O2米2日)6.08.08.011.4*沉积物上的水温t；15 水的溶氧为70毫克O2升现在学习的是第41页，共44页n养殖水体内，上述各项耗O2作用占的比例相差很大，不同水体不同研究者得到的结果也不一样。一般说，逸散进入空气的只占总耗O2量15左右，所养鱼类耗氧量也只占515，其他8090以上均为生物呼吸，有机物分解所耗用。现在学习的是第42页，共44页3养殖水体内溶解氧的实际含量n是由上述增氧作用、耗氧作用这对矛盾决定的。其中各物理因素(如气体交换，水的混合等)，使水中溶氧趋于平衡浓度，而生物因素(主要为光合作用与呼吸作用)则使水中溶氧偏离平衡浓度，是导致溶氧时空分布变化不均的关键因素。现在学习的是第43页，共44页9/6/2022感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第44页，共44页