الأكسجين المذاب والتهوية المحسّنة بالفقاعات النانوية
انخفاض الأكسجين المذاب (DO) يحدّ من النشاط البيولوجي في تربية الأحياء المائية والزراعة وتصفية المياه. تضيف الفقاعات النانوية مستويين من الأكسجين: O2 المذاب وتجاويف غازية. تتناول هذه الصفحة أسس DO وجداول التشبع والتهوية المعززة.
مقدمة
يشير الأكسجين المذاب، أو DO، إلى مستوى الأكسجين الحر غير المركب الموجود في الماء أو السوائل الأخرى. وتعد قيمة DO معلمة أساسية لجودة المياه والعملية التي تستخدم فيها المياه. والفقاعة متناهية الصغر، والمعروفة أيضًا باسم الفقاعة النانوية، ليست أكسجينًا مذابًا؛ فالفقاعة هي تجويف غازي في الماء أو سائل آخر.
تقليدياً، التهوية هي تقنية لزيادة قيمة DO في الماء. والآن، مع تقنية الفقاعات النانوية، لدينا مستويين لزيادة الأكسجين في الماء: المستوى الأول هو الأكسجين المذاب، والمستوى الثاني هو عبر الفقاعات أو التجاويف الغازية في الماء. ولهذا السبب، نشير أيضًا إلى توليد الفقاعات النانوية كتقنية تهوية معززة.
تؤثر العوامل التالية على مستوى الأكسجين المذاب:
العلاقة بين درجة حرارة الماء و DO عكسية: يمكن للمياه الباردة أن تحتفظ بكمية أكبر من DO من المياه الدافئة. تضغط مولدات الفقاعات متناهية الصغر في هذا الموقع على الغازات والسوائل؛ وبالتالي، يمكن أن تزيد من تشبع الماء. في الطبيعة، في الظروف العادية، يكون مستوى التشبع 100٪ هو الحد الأقصى.
يحتوي الهواء على 20.95% من الأكسجين. وعند الضغط البارومتري القياسي (760 ملم زئبق)، يبلغ ضغط أو "توتر" الأكسجين في الهواء 159 ملم زئبق (760 × 0.2095). يدفع ضغط الأكسجين في الهواء الأكسجين إلى الماء حتى يصبح ضغط الأكسجين في الماء مساوياً لضغط الأكسجين في الغلاف الجوي. عندما يتساوى ضغط الأكسجين في الماء والغلاف الجوي، تتوقف الحركة الصافية لجزيئات الأكسجين من الغلاف الجوي إلى الماء. عندئذٍ يكون الماء في حالة توازن أو تشبع بالأكسجين المذاب (DO)، عندما يكون ضغط الأكسجين في الماء مساوياً لضغط الأكسجين في الغلاف الجوي.
جزء في المليون مقابل ملغم/لتر
كثيراً ما نتساءل عن الفرق بين DO جزء في المليون و DO ملغم/لتر. للوهلة الأولى، يبدو للوهلة الأولى أنهما شكلان مختلفان تمامًا للقياس. كلاهما نسب، ولمعرفة كيفية توافقهما مع بعضهما البعض، من الأسهل البدء بالجزء في المليون، أو جزء في المليون. على سبيل المثال، لنفترض أنك تحاول تحديد ملوحة مياه البحر، وتحصل على قراءة 36,000 جزء في المليون؛ وهذا يعني أنه لكل مليون جزء من الماء، هناك 36,000 جزء من الملح.
ما هي الأجزاء؟ يمكن قياس الأجزاء بأي وحدة: لتر أو دلو أو قطرة ماء (مثل عصير البرتقال أو البنزين). حجم العينة غير ذي صلة. المهم هو نسبة الأجزاء المختبرة (الملح) إلى العدد الإجمالي للأجزاء (ماء البحر). من السهل فهم جزء في المليون، ولكن ماذا عن ملغم/لتر؟
يزن لتر الماء (وهو مقياس متري للحجم أو السعة) 1 كيلوغرام. أي 1,000 جرام. والآن فكر في الملليغرام. إنه يساوي 1/1000 من الجرام، مما يجعله يساوي 1/1,000,000 من الكيلوجرام. وبعبارة أخرى، يزن لتر من الماء 1,000,000,000 ملليغرام. مليون ملليغرام ... أترى إلى أين يقودنا هذا؟ بالنسبة لأغراضنا، فإن 36,000 ملليغرام في اللتر الواحد يعادل 36,000 جزء من المليون.* كلا القياسين يخبرنا بعدد الأجزاء (الملليغرامات) الموجودة في كل مليون جزء (لتر).
في الواقع، لكي يكون هذان القياسان متساويين تمامًا، يجب أن يتم أخذهما بماء نقي عند درجة حرارة وضغط قياسيين. تتضمن معظم أدوات الاختبار ميزة التعويض التلقائي لدرجة الحرارة (ATC)، والتي تصحح هذا الاختلاف.
جدول قيم DO
قيم الأكسجين المذاب ونقطة التشبع وقيم التشبع الزائد
| درجة الحرارة | DO (ملغم/لتر) | DO (ملغم/لتر) | DO (ملغم/لتر) | DO (ملغم/لتر) | DO (ملغم/لتر) |
|---|---|---|---|---|---|
| (درجة مئوية) | 100% | 200% | 300% | 400% | 500% |
| 0 | 14.6 | 29.2 | 43.8 | 58.4 | 73 |
| 1 | 14.19 | 28.38 | 42.57 | 56.76 | 70.95 |
| 2 | 13.81 | 27.62 | 41.43 | 55.24 | 69.05 |
| 3 | 13.44 | 26.88 | 40.32 | 53.76 | 67.2 |
| 4 | 13.09 | 26.18 | 39.27 | 52.36 | 65.45 |
| 5 | 12.75 | 25.5 | 38.25 | 51 | 63.75 |
| 6 | 12.43 | 24.86 | 37.29 | 49.72 | 62.15 |
| 7 | 12.12 | 24.24 | 36.36 | 48.48 | 60.6 |
| 8 | 11.83 | 23.66 | 35.49 | 47.32 | 59.15 |
| 9 | 11.55 | 23.1 | 34.65 | 46.2 | 57.75 |
| 10 | 11.27 | 22.54 | 33.81 | 45.08 | 56.35 |
| 11 | 11.01 | 22.02 | 33.03 | 44.04 | 55.05 |
| 12 | 10.76 | 21.52 | 32.28 | 43.04 | 53.8 |
| 13 | 10.52 | 21.04 | 31.56 | 42.08 | 52.6 |
| 14 | 10.29 | 20.58 | 30.87 | 41.16 | 51.45 |
| 15 | 10.07 | 20.14 | 30.21 | 40.28 | 50.35 |
| 16 | 9.85 | 19.7 | 29.55 | 39.4 | 49.25 |
| 17 | 9.65 | 19.3 | 28.95 | 38.6 | 48.25 |
| 18 | 9.45 | 18.9 | 28.35 | 37.8 | 47.25 |
| 19 | 9.26 | 18.52 | 27.78 | 37.04 | 46.3 |
| 20 | 9.07 | 18.14 | 27.21 | 36.28 | 45.35 |
| 21 | 8.9 | 17.8 | 26.7 | 35.6 | 44.5 |
| 22 | 8.72 | 17.44 | 26.16 | 34.88 | 43.6 |
| 23 | 8.56 | 17.12 | 25.68 | 34.24 | 42.8 |
| 24 | 8.4 | 16.8 | 25.2 | 33.6 | 42 |
| 25 | 8.24 | 16.48 | 24.72 | 32.96 | 41.2 |
| 26 | 8.09 | 16.18 | 24.27 | 32.36 | 40.45 |
| 27 | 7.95 | 15.9 | 23.85 | 31.8 | 39.75 |
| 28 | 7.81 | 15.62 | 23.43 | 31.24 | 39.05 |
| 29 | 7.67 | 15.34 | 23.01 | 30.68 | 38.35 |
| 30 | 7.54 | 15.08 | 22.62 | 30.16 | 37.7 |
| 31 | 7.41 | 14.82 | 22.23 | 29.64 | 37.05 |
| 32 | 7.28 | 14.56 | 21.84 | 29.12 | 36.4 |
| 33 | 7.16 | 14.32 | 21.48 | 28.64 | 35.8 |
| 34 | 7.05 | 14.1 | 21.15 | 28.2 | 35.25 |
| 35 | 6.93 | 13.86 | 20.79 | 27.72 | 34.65 |
| 36 | 6.82 | 13.64 | 20.46 | 27.28 | 34.1 |
| 37 | 6.71 | 13.42 | 20.13 | 26.84 | 33.55 |
| 38 | 6.61 | 13.22 | 19.83 | 26.44 | 33.05 |
| 39 | 6.51 | 13.02 | 19.53 | 26.04 | 32.55 |
| 40 | 6.41 | 12.82 | 19.23 | 25.64 | 32.05 |
| 41 | 6.31 | 12.62 | 18.93 | 25.24 | 31.55 |
| 42 | 6.22 | 12.44 | 18.66 | 24.88 | 31.1 |
| 43 | 6.13 | 12.26 | 18.39 | 24.52 | 30.65 |
| 44 | 6.04 | 12.08 | 18.12 | 24.16 | 30.2 |
| 45 | 5.95 | 11.9 | 17.85 | 23.8 | 29.75 |
ذوبانية الأكسجين في الماء
رسم بياني لقابلية ذوبان الأكسجين في الماء عند ضغوط مختلفة. عند اختيار مكثف الأكسجين، تأكد من مطابقته لإعدادات الضغط المطلوبة.
رسم بياني لذوبان الأكسجين في ماء البحر عند ضغوط مختلفة. عند الحاجة إلى رسم بياني بملوحة مختلفة، اتصل بنا لإجراء عملية حسابية.
التوزيع التقريبي للغازات الذائبة في الماء وفي الهواء
| الغازات | النسبة المئوية في الهواء | النسبة المئوية التقريبية لإجمالي الغازات الذائبة في الماء | التركيز (ملغم/لتر) |
|---|---|---|---|
| النيتروجين (N₂) | 78.1% | ~62-65% | ~13-14 ملغم/لتر |
| الأكسجين (O₂) | 20.9% | ~30-34% | ~8-9 ملغم/لتر |
| الأرجون (Ar) | 0.93% | ~1.3% | ~ 0.4 مجم/لتر |
| ثاني أكسيد الكربون (CO₂) | ~0.04% | ~1.5-6% (يختلف على نطاق واسع) | ~0.5 ملغم/لتر (يمكن أن يكون أعلى بكثير في بعض المياه) |
روابط
انخفاض الأكسجين المذاب (DO) يحدّ من النشاط البيولوجي في تربية الأحياء المائية والزراعة وتصفية المياه. تضيف الفقاعات النانوية مستويين من الأكسجين: O2 المذاب وتجاويف غازية. تتناول هذه الصفحة أسس DO وجداول التشبع والتهوية المعززة.