探析水質自動監測中溶解氧偏低的原因

葉春麗

（安徽省蕪湖生態環境監測中心，安徽 蕪湖 241000）

引言

近年來，水體污染和生態環境問題已經引起了人們的廣泛關注，其中溶解氧偏低是一個普遍存在的問題，對水生生物和生態系統造成了嚴重影響。為了及時監測水體中的溶解氧含量，自動監測技術得到廣泛應用。然而，我們仍然需要深入了解溶解氧偏低的原因，從而制定有效的管理措施。本文將通過對溶解氧的重要性、自動監測技術的應用、溶解氧偏低的原因分析及其影響與應對措施的討論，為水資源保護和生態環境改善提供有益的參考。

1 溶解氧的重要性與影響因素

1.1 溶解氧的定義與作用

溶解氧是水體中能夠溶解的氧氣分子（O2），其對水生生物的生存和呼吸過程至關重要。水生生物依賴溶解氧進行呼吸，并從中獲得所需的能量以維持其生命活動。如果溶解氧不足會導致水生生物缺氧，影響其生長、繁殖和免疫力，甚至引起死亡。此外，溶解氧還參與水體中的生物化學反應，如細菌降解有機物和氧化還原反應。因此，了解溶解氧的含量及其變化對于水資源保護和生態環境管理至關重要。同時，水溫等環境因素也會影響溶解氧的溶解度，進一步影響水體生態系統的穩定性。

1.2 水體中影響溶解氧含量的因素

1.2.1 溫度

溫度是影響水體中溶解氧溶解度的重要因素。一般來說，隨著溫度的升高，溶解氧的溶解度會減小，這是因為溫度升高會增加水分子的活動性，從而降低氧氣分子在水中的溶解能力。根據亨利定律，溶解氧的溶解度與溫度之間存在一種負相關關系，具體公式為：溶解氧溶解度=溶解氧飽和溶解度×(1-溫度系數×(實際溫度-20))。其中，溶解氧飽和溶解度是指在特定溫度下水體中溶解氧的最大可能含量，而溫度系數表示隨著溫度的變化，溶解氧溶解度的變化速率。舉例來說，當水體溫度上升時，溶解氧的溶解度就會下降。例如，當水溫從20 ℃上升到30 ℃時，假設溫度系數為0.024（攝氏度）-1，那么溶解氧的溶解度將減小約4.8%。這意味著在相同體積的水中，溶解氧的含量會降低。

1.2.2 鹽度

鹽度是指水中溶解的無機鹽的含量，對溶解氧的溶解度有著顯著影響。一般來說，隨著鹽度的增加，溶解氧的溶解度會降低。這是因為在高鹽度環境中，溶解在水中的鹽離子數量增多，并與溶解氧分子爭奪吸附在水分子表面的空間，因而減少了溶解氧分子在水中的溶解能力。此外，高鹽度環境也會導致水分子的活動性降低，使溶解氧分子更難與水分子發生相互作用，從而降低了溶解氧的溶解度。相比之下，淡水中的溶解氧溶解度通常較高[1]，這是由于淡水中的鹽離子濃度相對較低，溶解氧分子能夠更自由地溶解在水中，并提供更充足的氧氣供水生生物呼吸。為了更直觀地說明鹽度對溶解氧的影響，技術人員做了相關實驗，所得實驗數據見表1。

表1 鹽度和溶解氧溶解度的數據表

1.2.3 水壓

水壓是指水體所承受的壓力，對溶解氧的溶解度有著一定的影響。在深海環境中，水壓的增加會對溶解氧的溶解度產生顯著的影響。隨著水深的增加，水壓也會相應地增加。根據亨利定律，溶解氧的溶解度與壓力成正比關系。亨利定律的數學表達式如下：C=k×P。

其中，C表示溶解氧的濃度（通常以mg/L為單位），k是亨利常數（與溶質和溶劑相關），P表示水體中的氣體分壓（以巴為單位）。在深海環境中，由于水壓的增加，氣體分壓也會隨之增加，從而導致溶解氧的溶解度增加。因此，可以使用上述公式來說明水壓對溶解氧溶解度的影響。

2 自動監測技術在水質監測中的應用

自動監測技術是利用先進的傳感器、儀器和數據采集系統，實現對環境參數或水質指標進行連續、實時監測的技術，通過自動采樣、數據記錄和遠程傳輸等功能，能夠提供準確、可靠的監測數據，為環境保護和資源管理提供重要支持。相比傳統手動監測方法，自動監測技術具有實時性、準確性和數據可靠性的優勢。

在水質監測中，自動監測技術的優勢得到了充分體現。首先，自動監測技術能夠實時獲取數據，捕捉到水質變化的瞬間和短期波動，提供更及時的監測結果。其次，該技術采用高精度的傳感器和儀器，這些自動監測設備能夠提供更準確的數據，避免了人為誤差和操作偏差。此外，自動監測技術可以通過數字化和自動化的方式記錄和存儲數據，從而減少了監測數據丟失和被人為篡改的風險，從而保證了監測數據的可靠性和完整性。

在溶解氧監測中，自動監測技術也發揮著重要作用。電化學傳感器和光學傳感器等設備被廣泛應用于溶解氧監測，通過測量電流變化或光的吸收特性來確定溶解氧濃度。自動航行儀器和遠程監測系統結合傳感器技術，實現了大范圍的溶解氧監測和空間分布數據的獲取。這些自動監測設備為相關工作人員提供了更加全面和精確的溶解氧數據，有助于水體生態環境的保護和管理。

綜上所述，自動監測技術通過實時性、準確性和數據可靠性的優勢，為水質監測提供了更加高效、精確和全面的解決方案。在溶解氧的監測過程中，電化學傳感器、光學傳感器、自動航行儀器和遠程監測系統等設備被廣泛應用，為我們提供了更加全面的溶解氧數據，因而有助于對水體生態環境的保護和管理。

3 溶解氧偏低的原因分析

3.1 污染物輸入

3.1.1 有機污染物

有機污染物對溶解氧的影響是環境工程中一個重要的問題，特別是有機廢水的排放和富營養化現象，對水體中的溶解氧含量會產生顯著影響。有機廢水的排放是指工業、農業和城市等活動中產生的含有大量有機物質的廢水被直接或間接地排放到水體中。這些有機物質在水體中被微生物分解，消耗了大量的氧氣，導致水體中的溶解氧含量降低，這種現象被稱為生化需氧量（BOD）過高，是水體富營養化和水生生物生存的一個重要限制因素，富營養化現象也會對溶解氧產生影響。富營養化是指水體中有過多的營養物質（如氮、磷等），導致藻類和其他植物過度生長的現象。這種過度生長會消耗大量的溶解氧，造成水體中的溶解氧含量降低。此外，過多的藻類也會形成浮游植物和堆積和腐敗，從而進一步減少了水體中的溶解氧。有機污染物對溶解氧的消耗可以通過測量生化需氧量（BOD）和溶解氧濃度進行評估。BOD是指在一定時間內，微生物在特定溫度下分解有機物質所需的氧氣量，可以通過監測BOD和溶解氧濃度的變化，有效評估有機污染物對溶解氧的影響程度。

3.1.2 無機污染物

無機污染物對溶解氧的影響是水體環境中的另一個重要問題。一些無機污染物如重金屬和硫化物，其含量和毒性可以對溶解氧產生影響。重金屬是一類有毒的無機污染物，包括鉛、汞、鎘等。當重金屬進入水體后，可以與水中的氧氣發生化學反應，形成難溶于水的化合物，這些化合物會降低水體中的溶解氧含量，影響水體中的氧氣供應。此外，重金屬還會對水生生物的呼吸系統產生直接的毒性作用，干擾其正常的氧氣攝取和利用，從而導致溶解氧不足。硫化物是另一類常見的無機污染物，如硫化氫（H2S）。硫化氫是一種強烈的刺激性氣體，通常是由廢水中有機物質分解產生的。高濃度的硫化氫可以直接對水生生物產生毒性作用，抑制其呼吸過程并降低溶解氧的利用效率。此外，硫化物還可以與水中的溶解氧發生反應并生成硫酸鹽，進一步降低了水體中的溶解氧含量。

3.2 生物活動過程

3.2.1 藻類

藻類生長過程中對溶解氧的消耗以及死亡后分解對溶解氧的供應，對水體中的溶解氧含量會產生重要影響。表2中列舉了一些常見藻類的生長速率和相應的溶解氧消耗速率的數據，用于輔助說明這種影響。根據研究數據可以看出，藻類在生長過程中會消耗大量溶解氧[2]。

表2 ?常見藻類生長速率和響應溶解氧消耗速率表

表2中的數據表明，藻類的生長速率與其對溶解氧的消耗速率存在著一定的正相關關系。藻類的大量生長會導致水體中溶解氧的降低，對水生生物的生存和生態系統的穩定性產生負面影響。而藻類死亡后，會分解并釋放出有機物質，這些有機物質在分解過程中會消耗氧氣。表3為不同藻類死亡后的分解對溶解氧供應速率的實驗數據。

表3 不同藻類死亡后分解對溶解氧的供應速率影響表

表3中的數據表明，死亡藻類的分解過程會釋放出有機物質，對溶解氧的供應會產生一定的影響。然而，需要注意的是，分解速率和溶解氧供應速率與藻類的種類、環境條件等因素有關。

3.2.2 細菌

細菌降解有機物是一個重要的生物降解過程，其對溶解氧的消耗和溶解氧的供應都會產生影響。細菌降解有機物需要氧氣作為電子受體來進行呼吸代謝，進而將有機物分解為無機物并釋放能量。這個過程稱為好氧呼吸，會消耗大量的溶解氧。細菌通過有機物與氧氣發生的反應獲得能量，并合成細胞物質。在這個過程中，氧氣被還原為水，因而會消耗掉水體中的一部分溶解氧。然而，細菌降解有機物后也會釋放出一些有機物的殘留物和代謝產物，這些有機物進一步提供了微生物降解的底物。其他細菌或微生物可以利用這些有機物進行進一步降解，這個過程稱為厭氧呼吸。厭氧呼吸不需要氧氣作為電子受體，因此不消耗溶解氧。相反，該過程會將其他物質如硝酸鹽、硫酸鹽等作為電子受體，這個過程會釋放出溶解氧，從而提供了水體中的溶解氧供應。

3.3 水體特征

3.3.1 水溫

水溫對溶解氧的溶解度有著重要影響，隨著水溫升高，溶解氧的溶解度會降低。這是由于水溫升高會加劇水分子的熱運動，是水體密度降低以及氧氣分子在水中的擴散速率加快等因素的綜合作用。首先，水溫升高會增加水分子的熱運動速度和能量，使水分子之間的相互作用減弱，從而降低溶解氧的溶解度。其次，水溫升高會使水體密度降低，導致水體混合程度減弱，進而減緩了氧氣分子在水中的溶解過程。此外，水溫升高還會加快氧氣分子在水中的擴散速率，但這種效應相對較小，通常被水分子熱運動的影響所抵消。因此，水溫升高會導致溶解氧含量降低，這對水生生物和水體生態系統的正常功能產生了重要影響。

3.3.2 鹽度

鹽度對溶解氧的溶解度也有著顯著的影響。一般來說，隨著鹽度的增加，溶解氧的溶解度會減少，這是由于鹽度變化引起的溶解氧濃度變化以及溶質效應等因素的綜合作用。當水中的鹽度增加時，溶質效應會導致溶解氧的溶解度降低。溶質效應是指溶液中溶質分子與溶劑分子之間的相互作用，在高鹽度環境下，溶質分子會與溶劑分子之間形成更多離子間的相互作用，從而減少了水分子與氧氣分子之間的空間和能量，使得氧氣分子更難以溶解。因此，高鹽度環境下的溶解氧溶解度較低。

4 溶解氧偏低產生的影響與應對措施

溶解氧偏低對水生生物和生態系統結構和功能都會產生重要影響。首先，低溶解氧會限制水生生物的呼吸過程，導致生物體內缺氧，進而影響其生長、繁殖和存活能力。其次，低溶解氧會引發生態鏈條的崩潰，影響食物網的平衡，破壞生態系統的穩定性和功能。此外，低溶解氧還可能導致水體中有毒物質的積累，進一步危害水生生物。溶解氧偏低可能導致多種水生生物受損情況。例如，魚類群體可能因缺氧而死亡或遷移至更適宜生存的環境。底棲動物如底棲昆蟲和甲殼類動物也會受到影響，而這些生物是水體生態系統中重要的食物來源和水質指示生物。當溶解氧偏低時，底棲動物的數量可能減少，從而影響了整個食物網的穩定性[3]。

為了應對溶解氧偏低產生的影響，需要政府相關部門制定和執行水資源保護和污染防治的政策法規，其中包括限制污染物排放、加強水體監測和管理等，這對于改善溶解氧偏低的情況至關重要。此外，推動環境保護教育和意識的提升也是重要一環，這樣可以促進公眾對水資源保護的重視和參與。另外，通過采用其他改善水體溶解氧狀況的技術方法也可以解決溶解氧偏低的問題，其中包括增氧設備的應用。該技術是通過向水體中注入氧氣來提高水體中的溶解氧含量。此外，水體通氣也是一種有效的方法，可以通過增加水體與大氣之間的氧氣交換，提高溶解氧的供應。其他技術方法還包括改善水體流動性、減少有機負荷、控制富營養化等，以維持良好的水體生態環境和溶解氧狀況。

5 結語

保持水體中溶解氧含量的穩定是保護水生生物和生態系統的關鍵。通過制定相關的政策法規、管理措施及采取相應的技術方法，可以有效改善溶解氧偏低的問題，以確保水體中的氧氣供應充足，進而能夠保護水資源，維護水生態環境的健康。