Сначала поговорим о лесах
Деревья поглощают из воздуха углекислый газ, так как углерод необходим им для роста. При помощи солнечной энергии они превращают углекислый газ и воду в питательные вещества, а в атмосферу отдают кислород. В среднем для жизни одного кубометра дерева нужна примерно 1 т углекислого газа. В результате фотосинтеза из этого количества углекислого газа в атмосферу поступает 700 кг кислорода.
Крупные массивы дикого леса от 50 тыс. га, в которых не ведутся вырубки, называют «углеродными консервами». Это, в первую очередь, тропические леса в Южной Америке, Африке, Юго-Восточной Азии, таежные леса в России и Канаде. По данным «Гринпис», леса Амазонки хранят в себе от 80 млрд до 120 млрд т углерода. Это объем, равный мировым выбросам за 12 лет.
Eсли в таких лесах начать прокладывать дороги, рубить деревья и добывать полезные ископаемые, высвободится огромное количество углерода. Кроме того, в результате лесных пожаров лес из поглотителя углекислого газа превращается в его источник.
По ночам фотосинтез не происходит, и деревья потребляют кислород. Еще дышать нужно животным, грибам и бактериям, которые живут в лесу и сами кислород не производят. Также лес тратит кислород из атмосферы на разложение останков умерших организмов. В итоге леса работают как бы «в ноль», поглощая примерно столько же кислорода, сколько выделяют.
Что происходит с океаном
По данным ООН, уже 40% мирового океана сильно пострадали от действий человека. Причины две — загрязнения и истощения рыбных запасов.
Что загрязняет океан:
- нефть и нефтепродукты;
- отработанная вода с предприятий, где есть тяжелые металлы, ртуть и другие опасные вещества;
- пестициды, используемые в сельским хозяйстве;
- пластиковые отходы и потерянные рыболовные сети.
Считается, что каждую минуту в море попадает грузовик пластика. Если так пойдет и дальше, к 2050 году в океане будет больше пластика, чем рыбы.
По данным Фонда защиты китов, только в Черном море за последние пять лет из-за действий людей погибли более 2,5 тыс. дельфинов.
Вред несет и неконтролируемый вылов рыбы. Перелов рыбы нарушает природное равновесие в экосистеме океана. Кроме того, промышленное рыболовство в целом очень негуманно. Например, при траловом лове, помимо рыбы, в сетку попадают и морские млекопитающие, которые не представляют пищевой ценности, но все равно погибают в сетях. Кроме того, в некоторых странах, например, в Японии до сих пор разрешен китобойный промысел.
По данным ООН, на сегодняшний день 90% популяций крупной рыбы истощены, а 50% коралловых рифов уничтожены.
Еще одна проблема океана — закисление воды. Углерод, выбрасываемый в атмосферу, растворяется в морской воде и превращается в угольную кислоту, что повышает кислотность воды. Закисление напрямую или опосредованно, через пищевые цепочки, влияет на всех обитателей океана.
Вред кораллам и другим морским жителям наносят также солнцезащитные кремы с оксибензоном.
Анциструсы
Анциструсы – популярные аквариумные рыбки из семейства кольчужных сомов. Их тело покрыто сросшимися костными пластинками, защищающими этих сомиков от естественных врагов. Большинство анциструсов – миролюбивые и очень выносливые рыбки, которые станут не только безусловным украшением аквариума, но и помогут аквариумисту в борьбе с водорослями – излюбленной пищей сомиков.
Содержать
анциструсов можно практически в любом тропическом аквариуме объемом от 50
литров. Необходимо установить фильтр и компрессор, ведь кишечное дыхание не является
основным и лишь дополняет жаберное. Желательно наличие натуральных коряг,
соскребая верхнюю часть которых рыбка получает необходимую для пищеварения
целлюлозу. Активны сомики в основном в сумерках.
Анциструсы
одни из самых миролюбивых обитателей аквариума, которые совместимы практически
с любыми видами декоративных рыб. Их без проблем можно содержать как с мелкими
стайными рыбками (неоны, тетры, барбусы), так и с цихлидами среднего размера.
Обычно даже относительно крупные и агрессивные рыбы не трогают анциструсов
благодаря их защитному «панцирю».
Верхние дыхательные пути
1. Полость носа
Носовая полость является связующим звеном между окружающей средой и дыхательной системой человека. Через ноздри воздух поступает в носовые ходы, выстланные мелкими ворсинками, которые отфильтровывают пылевые частички. Внутренняя поверхность полости носа отличается богатой сосудисто-капиллярной сеткой и большим количеством слизистых желёз.
Сама носовая полость разделяется решётчатой косточкой на 2 половины, каждая из которых, в свою очередь, разделяется ещё на несколько ходов посредством костных пластинок. Сюда открываются придаточные пазухи — гайморова, лобная и другие. Они также относятся к системе дыхания, поскольку значительно увеличивают функциональный объём носовой полости и содержат хоть и небольшое, но всё же довольно значимое количество слизистых желёз.
Слизистая носовой полости образована мерцательными эпителиальными клетками, которые выполняют защитную функцию. Попеременно двигаясь, клеточные реснички образуют своеобразные волны, которые поддерживают чистоту носовых ходов, удаляя вредные вещества и частички.
Слизистые оболочки могут значительно изменяться в объёмах в зависимости от общего состояния организма. В норме просветы многочисленных капилляров довольно узкие, поэтому ничто не препятствует полноценному носовому дыханию. Однако при малейшем воспалительном процессе, например во время простудного заболевания или гриппа, синтез слизи увеличивается в несколько раз, а объём кровеносной сетки возрастает, что приводит к отёку и затруднённому дыханию. Таким образом возникает насморк — ещё один механизм, защищающий дыхательные пути от дальнейшего инфицирования.
К основным функциям носовой полости можно отнести:
- фильтрация от пылевых частиц и патогенной микрофлоры,
- согревание поступающего воздуха,
- увлажнение воздушных потоков, что особенно важно в условиях засушливого климата и в отопительный период,
- защита дыхательной системы во время простудных заболеваний.
2. Полость рта
Ротовая полость является вторичным дыхательным отверстием и не настолько анатомически продумана для снабжения организма кислородом. Впрочем, она с лёгкостью может выполнять эту функцию, если носовое дыхание по каким-либо причинам затруднено, например при травме носа или насморке.
Путь, который проходит воздух, поступая через ротовую полость, значительно короче, а само отверстие больше по диаметру по сравнению с ноздрями, поэтому резервный объём вдоха через рот, как правило, больше, чем через нос. Правда, на этом преимущества ротового дыхания заканчиваются.
На слизистой оболочке рта нет ни ресничек, ни слизистых желёз, вырабатывающих слизь, а значит, фильтрационная функция в этом случае полностью теряет своё значение. Кроме того, короткий путь воздушных потоков облегчает поступление воздуха в лёгкие, поэтому он просто не успевает нагреться до комфортной температуры.
3. Глотка
Глотка является соединительным участком между носовой и ротовой полостями и гортанью. Она условно разделена на 3 части: носо-, рото- и гортаноглотку. Каждая из этих частей поочерёдно задействована в транспортировке воздуха при носовом дыхании, постепенно доводя его до комфортной температуры.
Попадая в гортаноглотку, вдыхаемый воздух перенаправляется в гортань посредством надгортанника, который выступает своеобразным клапаном между пищеводом и органами дыхания. Во время дыхания надгортанник, примыкающий к щитовидному хрящу, перекрывает пищевод, обеспечивая поступление воздуха только в лёгкие, а во время глотания, наоборот, блокирует гортань, защищая от попадания инородных тел в органы дыхания и последующего удушья.
Дыхание рыб
Рыбам, как и всем животным и растениям, для дыхания необходим кислород. Но в отличие от наземных животных рыба получает его не из воздушной, а из водной среды.
Разлагать воду на кислород и водород, рыба, конечно, не может. Она и не использует тот кислород, который входит в состав воды как химического соединения. Количество воды в аквариуме, сколько бы времени рыба там ни провела, останется неизменным (если исключить испарение).
Для дыхания рыба захватывает воздух, а точнее газ-кислород, который растворен в воде как необязательная и непостоянная примесь (подобно, например, солям).
То, что в воде содержатся растворенные газы, легко доказать простыми наблюдениями. Например, на внутренних стенках ведра с холодной водой, принесенного в теплую комнату, вскоре появляются воздушные пузырьки. Выделение газов, растворенных в воде, еще заметнее при нагревании, кипячении. В хорошо прокипяченной воде практически нет растворенных газов, поэтому дыхание рыб в ней невозможно, хотя она, как и вся вода в мире, состоит из кислорода и водорода в неизменном весовом соотношении 8:1.
Жабры рыбы представляют собою бахрому из тонкостенных, сложно разветвленных лепестков, сидящих на жаберных дугах и оплетенных густой сетью мельчайших кровеносных сосудов. Общая поверхность жабр очень велика: достигает 17 см2 — что примерно равно площади спичечной коробки — у карасика весом 10 г, который в этой коробке сам свободно поместится.
Сквозь тончайшую кожицу жаберных лепестков кислород проникает из воды в кровь рыбы, а углекислый газ — из крови в воду. Чтобы дыхание рыб было нормальным, необходимо непрерывное омывание жабер свежей водой. Приток свежей воды к органам рыб осуществляется при помощи крышечек, прикрывающих жабры, их достаточно быстрого движения.
Таким образом, оттопыренная жаберная крышка действует, как насос, втягивающий воду из глотки. А когда жаберная крышка снова прижимается к телу, ее задний край вместе с кожистой оторочкой несколько отходит, приоткрывая жаберную щель, через которую и устремляется наружу вытесненная вода.
Нежные, тонкостенные жабры легко уязвимы для паразитов. Многие черви и ракообразные, паразитирующие на жабрах, весьма вредоносны. При переселении рыб в другие водоемы необходимо самое тщательное обследование отобранных экземпляров.
В 1936 году массовую гибель ценной осетровой рыбы — аральского шипа — вызвал жаберный паразит, завезенный вместе с севрюгой из Каспийского моря.
Жабры заготовленной рыбы легко подвержены порче, загниванию. Поэтому на промысловых судах рыбу нередко обезжабривают (например, морского окуня) или обезглавливают (треску, пикшу).
В зависимости от вида, размеров и накормленности рыбы ей необходима различная концентрация кислорода в окружающей воде. При нормальном давлении и температуре 4° в литре пресной воды может раствориться не более 9 см3 кислорода, при температуре 15° — не более 7 см3.
Дыхание рыб лососевых пород нормально протекает при содержании кислорода не менее 6—7 см3 на литр воды. Большинство лососевых рыб — семга, хариус, сиги, палия, корюшка и др. — не случайно живут в холодных водах, обычно богатых кислородом. А многие карповые — караси, карпы, лини — сохраняют жизнеспособность даже при 0,5—1 см3 кислорода на литр.
Концентрацию растворенного кислорода определяют несложными химическими методами. Следить за кислородным режимом необходимо при перевозке живой рыбы, при ее содержании (особенно зимовке) в искусственных водоемах, например копаных прудах. Массовые заморы рыб иногда происходят и в больших реках, например в Оби, вследствие усиления стока «кислых» болотных вод.
В морях, как правило, кислорода всегда достаточно. Однако в глубинах Черного моря из-за отсутствия водообмена с поверхностными слоями застаивается вода, практически лишенная кислорода, а потому и живых организмов; там распространены только бактерии, выделяющие сероводород.
В Азовском море временное прекращение вертикальной циркуляции вследствие длительного штиля может вызвать дефицит кислорода и гибель малоподвижных животных в придонных слоях. Массовые заморы, связанны с тем, что дыхание рыб в отдельных районах океана нарушается, в связи с недостатком кислорода.
Наблюдения за содержанием кислорода подчас помогают предвидеть распространение промысловых рыб. Например, в Борнхольмской впадине Балтийского моря треска нерестится на разных горизонтах, в зависимости от притока вод из Северного моря. Североморская вода отличается от глубинной балтийской содержанием кислорода и соленостью.
Следовательно, следя за кислородным балансом Борнхольмской впадины, можно предсказать вертикальное распределение трески. А оно влияет на успех промысла донным тралом, который берет только рыбу, находящуюся не выше нескольких метров над грунтом.
Очень плотные рыбные скопления (например, нерестующая треска у Лофотенских островов, зимующая сельдь в Норвежском море) снижают концентрацию кислорода в окружающей воде.
Таким образом, поиск рыбы иногда можно вести, используя данные о содержании кислорода.
Дыхание рыб осуществляется не только при помощи жабр. Щуку или сазана удается несколько часов сохранять живыми во влажном мху или траве; однако как только кожа этих рыб подсохнет, они погибают. Значит, газообмен идет через влажную кожу. Действительно, у некоторых рыб через кожу поступает около половины всего потребляемого кислорода. Илистый прыгун способен надолго покидать воду благодаря кожному дыханию. Угорь иногда переползает ночью на большие расстояния по земле, но только по сырой, смоченной дождем или росою, когда кожа не теряет влажности.
У вьюна задний отдел кишечника имеет тонкие стенки, густо оплетенные кровеносными сосудами; там никогда не накапливается переваренная пища. Вьюн заглатывает воздух, пропускает его через кишечник, и при этом кровь обогащается кислородом. Во время летнего пересыхания ручьев, прудиков или болот вьюны зарываются в ил и могут целыми неделями существовать без воды.
Над жабрами некоторых тропических рыб расположена полость с множеством складок, напоминающая лабиринт. Этих рыб так и называют «лабиринтовые». Воздух, который они регулярно захватывают с поверхности, поступает в наджаберный орган. Лабиринтовые рыбы — например, макропод, гурами — легко переносят обеднение воды кислородом. А если преградить гурами путь к поверхности, рыба погибнет.
Другая лабиринтовая рыба ползун, как уже говорилось, нередко выбирается по ночам на сушу в поисках пищи. Наджаберный орган несколько иного строения есть и у змееголова — амурской рыбы, для которой воздушное дыхание даже важней, чем водное.
У некоторых рыб, например у южно-американской арапаймы, плавательный пузырь имеет ячеистые стенки. Периодически эта рыба захватывает воздух, который через пищевод и особый проток поступает в плавательный пузырь, а сквозь его стенки — в кровеносные сосуды.
Африканские двоякодышащие рыбы — протоптерусы — при пересыхании водоема зарываются в ил и впадают в длительную спячку. Дыхание рыб этих рыб происходит через узенький ход в засохшем грунте. Дополнительные органы дыхания чаще всего встречаются у пресноводных рыб, так как именно в пресных, особенно тропических водах часто создается острый дефицит кислорода.
Дыхательная система человека: общие сведения
Дыхательная, или респираторная, система представляет собой комплекс органов, благодаря которым осуществляется доставка кислорода из окружающей среды в кровеносную систему и последующее выведение отработанных газов обратно в атмосферу. Помимо этого, она задействована в теплообмене, обонянии, формировании голосовых звуков, синтезе гормональных веществ и метаболических процессах.
При малейшей патологии дыхательной системы функциональность газообмена снижается, что может приводить к активации компенсаторных механизмов либо кислородному голоданию. Для оценки функций органов дыхания принято использовать следующие понятия:
- Жизненная ёмкость лёгких, или ЖЕЛ,— максимально возможный объём атмосферного воздуха, поступившего за один вдох. У взрослых он варьируется в пределах 3,5‒7 литров в зависимости от степени натренированности и уровня физического развития.
- Дыхательный объём, или ДО, — показатель, характеризующий среднестатистическое поступление воздуха за один вдох в спокойных и комфортных условиях. Норма для взрослых составляет 500‒600 мл.
- Резервный объём вдоха, или РОВд, — предельное количество атмосферного воздуха, поступившего в спокойных условиях за один вдох; составляет порядка 1,5‒2,5 литра.
- Резервный объём выдоха, или РОВыд,— предельный объём воздуха, который покидает организм в момент спокойного выдоха; нормой является примерно 1,0‒1,5 литра.
- Частота дыхания — количество дыхательных циклов (вдох-выдох), совершённых в минуту. Норма зависит от возраста и степени нагрузки.
Каждый из этих показателей имеет определённое значение в пульмонологии, поскольку любое отклонение от нормальных цифр свидетельствует о наличии патологии, требующей соответствующего лечения.
Каламоихт
Ближайший
родственник многопера, который также обладаем змеевидным телом и вырастает до
37 см в длину. Встречается в странах Западной Африки. Ведет скрытный образ
жизни, охотится в сумерках.
Для
содержания рыбки понадобится аквариум от 100 литров, желательно с максимальной
площадью дна. В качестве грунта используется песок или окатанная галька.
Необходимо большое количество укрытий, особенно если рыбы содержатся группами.
Любят перерывать грунт.
В
аквариуме должна быть обеспечена хорошая фильтрация и аэрация, температуру
также лучше поддерживать на уровне 25-27°С.
Несмотря
на свой размер и хищнический образ жизни, рыбка довольно робкая, для содержания
с ней не подойдут крупные агрессивные цихлиды, а также виды, помещающиеся
каламоихту в рот.
В
качестве соседей можно рассмотреть крупных барбусов, макроподов, радужниц,
спокойных цихлид среднего размера (скалярия, лабидохромис, пельвикахромис).
Сомы синодонтисы, анциструсы, плекостомусы и даже крупные коридорасы также
смогут существовать с каламоихтом.
Коридорасы
Сомики коридорасы заслуженно входят в топ-10 самых популярных аквариумных рыбок. Коридорасы имеют своеобразную броню – по всему телу идут несколько рядов перекрывающих друг друга костных пластин, позволяющих сомикам защищаться от хищников.
Рыбки
крайне миролюбивы, обладают интересным поведением и очень хорошо очищают дно
аквариума от остатков корма, за что коридорасы и получили любовь и признание
многих аквариумистов.
Стайные
рыбки, содержать лучше всего 4-6 особей в аквариумах объемом от 60 литров.
Необходим окатанный грунт, о который сомики не смогут повредить свои
чувствительные усики. В аквариуме требуется большое количество укрытий, хорошая
фильтрация и аэрация (понадобится компрессор). Жить только за счет кишечного
дыхания рыбки не могут, им необходимо усваивать растворенный в воде кислород.
Эти
миролюбивые рыбки плавают преимущественно в придонных слоях воды. Лучшими
соседями для коридоросов станут живородящие виды (моллинезии, меченосцы,
пецилии, гуппи), спокойные барбусы, тетры и неоны, скалярии и другие карликовые
цихлиды.
Петушок
Сиамский петушок, или Бойцовская рыбка (Betta splendens) – одна из самых популярных аквариумных рыб во всем мире. Её повсеместно можно встретить в аквариумах как любителей, так и профессионалов. Этот вид ценят за красивую окраску, неприхотливость в содержании, интересное поведение, лёгкость размножения, а также большое разнообразие селекционных форм.
Зачастую
петушков содержат в аквариумах небольшого объема (6-7 литров), но лучше всего
подойдет емкость от 20 литров с системой фильтрации. В таких условиях рыбки
будут чувствовать себя гораздо комфортнее. Компрессор при содержании петушков
необязателен, главное обеспечить доступ к поверхности воды, чтобы они могли
заглотнуть воздух. Самцы петушков
неуживчивы друг с другом, поэтому в аквариуме не рекомендуется держать
несколько особей мужского пола.
Совместимы
с мирными видами небольшого размера: живородящие пецилиевые, тернеции, расборы,
коридорасы, радужницы. Не стоит содержать вместе с барбусами, скаляриями – эти
рыбки могут обкусывать плавники петушков.
Полиптерус
Полиптерусы – очень древняя групп рыб, предки которых жили на планете более 60 млн лет назад. Видоизмененный плавательный пузырь позволяет им обходиться некоторое время без воды, за это время рыбка имеет возможность добраться до нового водоема в случае пересыхание собственного.
Тело
угреобразное, может достигать 40 см в длину. Спинной плавник состоит из
многочисленных шипов, за что этот вид и назвали многопером. Грудные плавники
мясистые, помогают полиптерусам передвигаться по илу.
Минимальный
объем аквариума для содержания – 200 литров. Ведут преимущественно сумеречный
образ жизни, поэтому освещение должно быть приглушенным. В аквариуме необходимы
укрытия и качественная фильтрация воды. Аэрация должна быть мощной — кислород
нужен для дыхания рыбы и окисления органических веществ в аквариуме.
Главное
условие при подборе соседей – они не должны помещаться полиптерусу в рот. Рыбка
хоть и хищник, но довольно флегматичный. Полиптерусы хорошо уживаются с другими
африканскими рыбками: синодонтисами, черными ножами, рыбой-бабочкой, цихлидами
Великих африканских озер. Можно подселить к ним подходящего размера акульих
барбусов, гигантского гурами, метинисов, астронотусов.
Растворенный в воде кислород — петин а.н. и др. анализ и оценка качества поверхностных вод
А.Н. Петин, М.Г. Лебедева, О.В. Крымская
Анализ и оценка качества поверхностных вод
Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. – 252 с.
Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:
· процесс абсорбции кислорода из атмосферы;
· выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;
· поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.
Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водного объекта. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. При каждом значении температуры существует равновесная концентрация кислорода, которую можно определить по специальным справочным таблицам, составленным для нормального атмосферного давления. Аэрация – обогащение глубинных слоев воды кислородом – происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д.
Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плавающими растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных (питательных) веществ (P, N и др.) в воде. Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной, от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров).
К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe2 , Mn2 , NO2—, NH4 , CH4, H2S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом.
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах – от 0 до 14 мг/дм3 – и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать |
Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/дм3. Понижение его до 2 мг/дм3 вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и пересыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды.
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/дм3 в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже |
Определение кислорода в поверхностных водах включено в программы наблюдений с целью оценки условий обитания гидробионтов, в том числе рыб, а также как косвенная характеристика оценки качества поверхностных вод и регулирования процесса очистки стоков (табл. 15). Содержание растворенного кислорода существенно для аэробного дыхания и является индикатором биологической активности (т.е. фотосинтеза) в водоеме.
Таблица 15
Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности
Уровень загрязненности воды и класс качества | Растворенный кислород | ||
лето, мг/дм3 | зима, мг/дм3 | % насыщения | |
Очень чистые, I | 9 | 14–13 | 95 |
Чистые, II | 8 | 12–11 | 80 |
Умеренно загрязненные, III | 7–6 | 10–9 | 70 |
Загрязненные, IV | 5–4 | 5–4 | 60 |
Грязные, V | 3–2 | 5–1 | 30 |
Очень грязные, VI | 0 | 0 | 0 |
Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом.
Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вычисляется по формуле:
где M – степень насыщения воды кислородом, %;
а – концентрация кислорода, мг/дм3;
Р – атмосферное давление в данной местности, Па;
N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре, минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.
Растворенный кислород (РК) является весьма неустойчивым компонентом химического состава вод. При его определении особо тщательно следует проводить отбор проб: необходимо избегать контакта воды с воздухом до фиксации кислорода (связывания его в нерастворимое соединение).
В ходе анализа воды определяют концентрацию РК (в мг/л) и степень насыщения им воды (в %) по отношению к равновесному содержанию при данных температуре и атмосферном давлении.
Контроль содержания кислорода в воде – чрезвычайно важная проблема, в решении которой заинтересованы практически все отрасли народного хозяйства, включая черную и цветную металлургию, химическую промышленность, сельское хозяйство, медицину, биологию, рыбную и пищевую промышленность, службы охраны окружающей среды. Содержание РК определяют как в незагрязненных природных водах, так и в сточных водах после очистки. Процессы очистки сточных вод всегда сопровождаются контролем содержания кислорода. Определение РК является частью анализа при определении другого важнейшего показателя качества воды – биохимического потребления кислорода (БПК).
Определение концентрации РК в воде проводится методом йодометрического титрования – методом Винклера, широко используемым и общепринятым при санитарно-химическом и экологическом контроле. Метод определения концентрации РК основан на способности гидроксида марганца (II) окисляться в щелочной среде до гидроксида марганца (IV), количественно связывая при этом кислород. В кислой среде гидроксид марганца (IV) снова переходит в двухвалентное состояние, окисляя при этом эквивалентное связанному кислороду количество йода. Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала в качестве индикатора.
Определение РК проводится в несколько этапов. Сначала в анализируемую воду добавляют соль Мn(II), который в щелочной среде реагирует с растворенным кислородом с образованием нерастворимого дегидратированного гидроксида Мn(IV) по уравнению:
Таким образом производится фиксация, т.е. количественное связывание, кислорода в пробе. Фиксация РК, являющегося неустойчивым компонентом в составе воды, должна быть проведена сразу после отбора пробы.
Далее к пробе добавляют раствор сильной кислоты (как правило, соляной или серной) для растворения осадка, и раствор йодида калия, в результате чего протекает химическая реакция с образованием свободного йода по уравнению:
Затем свободный йод титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала, который добавляют для лучшего определения момента окончания титрования. Реакции описываются уравнениями:
О завершении титрования судят по исчезновению синей окраски (обесцвечиванию) раствора в точке эквивалентности. Количество раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, пропорционально концентрации растворенного кислорода.
В сточных и загрязненных поверхностных водах могут присутствовать компоненты, искажающие результаты определения РК методом Винклера. К таким компонентам относятся следующие загрязняющие вещества.
1. Взвешенные и окрашенные вещества. Они могут помешать определению, адсорбируя йод на своей поверхности или химически взаимодействуя с ним. При наличии в анализируемой воде взвешенных веществ их отделяют отстаиванием (не фильтрованием!) либо осветлением при добавлении раствора алюмокалиевых квасцов и аммиака.
2. Биологически активные взвешенные вещества (например, активный ил биохимических очистных сооружений). Пробы сточных вод, содержащие плохо оседающие взвешенные вещества, которые могут вызвать снижение концентрации кислорода вследствие продолжающейся жизнедеятельности микроорганизмов, необходимо осветлять также прибавлением раствора алюмокалиевых квасцов при одновременном добавлении токсичного для микроорганизмов вещества (растворов сульфаминовой кислоты, хлорида ртути или сульфата меди) сразу после отбора пробы.
3. Восстановители, реагирующие с выделенным йодом в кислой среде (сульфиты, тиосульфаты, сульфиды). Для устранения влияния восстановителей используют метод Росса, основанный на добавках к пробам растворов гипохлорита натрия NаОС1, хлорной извести СаОС12 и роданида калия КNСS.
4. Окислители, выделяющие йод из йодида калия (активный хлор, нитриты, катионы железа (III) и др.). Влияние железа (III) устраняется добавлением раствора фторида калия.
Влияние нитритов, которые часто встречаются в природных и сточных водах, устраняют добавлением раствора сульфаниловой кислоты, обычно предусмотренного в измерительных комплектах.
Оборудование и реактивы
Батометр любого типа; груша резиновая или медицинский шприц; колба коническая вместимостью 250-300 мл; склянка кислородная калиброванная (100-200 мл) с пробкой; мешалка (стеклянные шарик, палочка и т.п.) известного объема; пипетки мерные на 1 мл и 10 мл; поддон, термометр с ценой деления не более 0,5 °С.
Раствор соли марганца; раствор концентрированной серной кислоты (1:2); раствор тиосульфата натрия (0,02 г-экв/л); раствор крахмала (0,5 %); раствор йодида калия щелочной.
Если в лаборатории имеются приборы для измерения содержания растворенного в воде кислорода (оксиметры), их с успехом можно использовать для выполнения анализов в полевых условиях.
О приготовлении растворов см. приложение 3.
Отбор пробы
Отбор проб на содержание РК имеет ряд особенностей.
Для отбора проб на РК в общем случае (ГОСТ 17.1.5.85) [43] используют батометр, к крану которого прикреплена резиновая трубка длиной 20-25 см. Для отбора проб воды из поверхностных горизонтов используют эмалированную либо стеклянную посуду. Если отбирается общая проба воды для анализов по разным компонентам, то проба для определения РК должна быть первой, взятой для дальнейшей обработки.
Водой из отобранной пробы ополаскивают 2-3 раза чистые калиброванные склянки из состава комплекта или (если требуется специальная подготовка проб, например, отстаивание) стеклянные бутыли.
Наполнение склянок осуществляют сифоном через резиновую трубку, опущенную до дна склянки. После наполнения кислородной склянки до горлышка ее наполнение продолжают до тех пор, пока не выльется около 100 мл воды, т.е. пока не вытеснится вода, соприкасавшаяся с находившимся в склянке воздухом, и еще один объем. Трубку вынимают из склянки, не прекращая тока воды из батометра. Аналогично проводят заполнение склянки из бутыли с анализируемой водой либо бутыли из батометра (в последнем случае резиновую трубку сифона погружают примерно до половины высоты водяного столба в бутыли). Сразу после заполнения склянки производят фиксацию кислорода, как описано ниже.
Отбор пробы для измерения концентрации РК непосредственно на водоеме выполняют следующим образом.
• Отберите пробу воды в склянку с мешалкой, заполняя водой
весь объем склянки.
• Закройте склянку пробкой. (Точное измерение температуры, атмосферного давления необходимы для расчета степени насыщения пробы кислородом.)
Примечание. В склянке не должно остаться пузырьков воздуха. Анализируйте пробу, по возможности, скорее.
Проведение анализа
Процесс определения РК проводится в кислородных калиброванных склянках из комплекта и включает:
– специальную обработку пробы для устранения мешающего влияния примесей (выполняется при необходимости, преимущественно при анализе сточных вод);
– фиксацию кислорода, проводимую немедленно после заполнения кислородной склянки;
– титрование, которое может быть проведено через некоторое время (но не более суток).
При выполнении анализа несколько раз повторяются следующие операции.
5. Содержимое склянки перемешивают помещенной внутрь склянки мешалкой, удерживая склянку рукой.
Определение растворенного кислорода в воде природных водоемов.
1. Введите в склянку разными пипетками 1 мл раствора соли марганца, затем 1 мл раствора йодида калия и 1-2 капли раствора сульфаминовой кислоты, после чего закройте склянку пробкой.
2. Перемешать содержимое склянки с помощью имеющейся внутри мешалки, держа склянку в руке. Дайте отстояться образующемуся осадку не менее 10 мин.
Примечание. Склянку с фиксированной пробкой можно хранить в затемненном месте не более 1 суток.
Титрование
3. Введите в склянку пипеткой 2 мл раствора серной кислоты, погружая пипетку до осадка (не взмучивать!) и постепенно поднимая ее вверх по мере опорожнения.
4. Склянку закройте пробкой и содержимое перемешайте до растворения осадка.
5. Содержимое склянки полностью перенесите в коническую колбу на 250 мл.
Примечание. Определение концентрации РК в воде можно выполнять путем титрования части пробы. При этом в колбу на 100 мл цилиндром переносят 50,0 мл пробы с растворенным осадком. Дальнейшие операции проводят как описано ниже для обработки полной пробы.
6. В бюретку (пипетку), закрепленную в штативе, из состава комплекта наберите 10 мл раствора тиосульфата и титруйте пробу до слабо желтой окраски. Затем добавьте пипеткой 1 мл раствора крахмала (раствор в колбе синеет) и продолжайте титрование до полного обесцвечивания раствора.
7. Определите общий объем раствора тиосульфата, израсходованный на титрование (как до, так и после добавления раствора крахмала).
Вычисление результатов анализа.
В случае титрования всего количества раствора в кислородной склянке массовую концентрацию РК в анализируемой пробе воды (Срк) в мг/л рассчитайте по формуле:
где 8 – эквивалентная масса атомарного кислорода;
Ст – концентрация титрованного стандартного раствора тиосульфата, г – экв/л;
Vт – общий объем раствора тиосульфата, израсходованного на титрование (до и после добавления раствора крахмала), мл;
V – внутренний объем калиброванной кислородной склянки с закрытой пробкой (определяется заранее для каждой склянки отдельно), мл;
Vi – суммарный объем растворов хлорида марганца и йодида калия, добавленных в склянку при фиксации РК, а также мешалки, мл (рассчитывается как Vi =1 1 0,5 = 2,5 мл);
1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из г/л в мг/л.
Примечание. Принимается, что потери растворенного кислорода в фиксированной форме при сливе излишков жидкости из склянки и при выполнении других операций много меньше результата измерений (пренебрежимо малы).
В случае титрования части пробы(50,0 мл) в кислородной склянке массовую концентрацию РК в анализируемой пробе воды (Срк в мг/л) рассчитывают по формуле:
Пример расчета концентрации растворенного кислорода в воде.
При общем объеме раствора тиосульфата, израсходованного на титрование, равном 4,7 мл, концентрации раствора тиосульфата 0,02 г-экв/л и объеме кислородной склянки 102,5 мл содержание растворенного кислорода рассчитывается как:
Для определения степени насыщения воды кислородом по табл. 16 определите величину концентрации насыщенного раствора кислорода в воде (Сн, мг/л), исходя из температуры воды, зафиксированной в момент отбора пробы.
Таблица 16
Зависимость равновесной концентрации кислорода в воде от температуры (атмосферное давление – 760 мм рт.ст.)
Температура, °С | Равновесная концентрация растворенного кислорода (в мг/л) | |||||||||
0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | |
0 | 14,65 | 14,61 | 14,57 | 14,53 | 14,49 | 14,45 | 14,41 | 14,37 | 14,33 | 14,29 |
1 | 14,25 | 14,21 | 14,17 | 14,13 | 14,09 | 14,05 | 14,02 | 13,98 | 13,94 | 13,90 |
2 | 13,86 | 13,82 | 13,79 | 13,75 | 13,71 | 13,68 | 13,64 | 13,60 | 13,56 | 13,53 |
3 | 13,49 | 13,46 | 13,42 | 13,38 | 13,35 | 13,31 | 13,28 | 13,24 | 13,20 | 13,17 |
4 | 13,13 | 13,10 | 13,06 | 13,03 | 13,00 | 12,96 | 12,93 | 12,89 | 12,86 | 12,82 |
5 | 12,79 | 12,76 | 12,72 | 12,69 | 12,66 | 12,59 | 12,56 | 12,53 | 12,52 | 12,49 |
6 | 12,46 | 12,43 | 12,40 | 12,36 | 12,33 | 12,30 | 12,27 | 12,24 | 12,21 | 12,18 |
7 | 12,14 | 12,11 | 12,08 | 12,05 | 12,02 | 11,99 | 11,96 | 11,93 | 11,90 | 11,87 |
8 | 11,84 | 11,81 | 11,78 | 11,75 | 11,72 | 11,70 | 11,67 | 11,64 | 11,61 | 11,58 |
9 | 11,55 | 11,52 | 11,49 | 11,47 | 11,44 | 11,41 | 11,38 | 11,35 | 11,33 | 11,30 |
10 | 11,27 | 11,24 | 11,22 | 11,19 | 11,16 | 11,14 | 11,11 | 11,08 | 11,06 | 11,03 |
11 | 11,00 | 10,98 | 10,95 | 10,93 | 10,90 | 10,87 | 10,85 | 10,82 | 10,80 | 10,77 |
12 | 10,75 | 10,72 | 10,70 | 10,67 | 10,65 | 10,62 | 10,60 | 10,57 | 10,55 | 10,52 |
13 | 10,50 | 10,48 | 10,45 | 10,43 | 10,40 | 10,38 | 10,36 | 10,33 | 10,31 | 10,28 |
14 | 10,26 | 10,24 | 10,22 | 10,19 | 10,17 | 10,15 | 10,12 | 10,10 | 10,08 | 10,06 |
15 | 10,03 | 10,01 | 9,99 | 9,97 | 9,95 | 9,92 | 9,90 | 9,88 | 9,86 | 9,84 |
16 | 9,82 | 9,79 | 9,77 | 9,75 | 9,73 | 9,71 | 9,69 | 9,67 | 9,65 | 9,63 |
17 | 9,61 | 9,58 | 9,56 | 9,54 | 9,52 | 9,50 | 9,48 | 9,46 | 9,44 | 9,42 |
18 | 9,40 | 9,38 | 9,36 | 9,34 | 9,32 | 9,30 | 9,29 | 9,27 | 9,25 | 9,23 |
19 | 9,21 | 9,19 | 9,17 | 9,15 | 9,13 | 9,12 | 9,10 | 9,08 | 9,06 | 9,04 |
20 | 9,02 | 9,00 | 8,98 | 8,97 | 8,95 | 8,93 | 8,91 | 8,90 | 8,88 | 8,86 |
21 | 8,84 | 8,82 | 8,81 | 8,79 | 8,77 | 8,75 | 8,74 | 8,72 | 8,70 | 8,68 |
22 | 8,67 | 8,65 | 8,63 | 8,62 | 8,60 | 8,58 | 8,56 | 8,55 | 8,53 | 8,52 |
23 | 8,50 | 8,48 | 8,46 | 8,45 | 8,43 | 8,42 | 8,40 | 8,38 | 8,37 | 8,35 |
24 | 8,33 | 8,32 | 8,30 | 8,29 | 8,27 | 8,25 | 8,24 | 8,22 | 8,21 | 8,19 |
25 | 8,18 | 8,16 | 8,14 | 8,13 | 8,11 | 8,10 | 8,08 | 8,07 | 8,05 | 8,04 |
26 | 8,02 | 8,01 | 7,99 | 7,98 | 7,96 | 7,95 | 7,93 | 7,92 | 7,90 | 7,89 |
27 | 7,87 | 7,86 | 7,84 | 7,83 | 7,81 | 7,80 | 7,78 | 7,77 | 7,75 | 7,74 |
28 | 7,72 | 7,71 | 7,69 | 7,68 | 7,66 | 7,65 | 7,64 | 7,62 | 7,61 | 7,59 |
29 | 7,58 | 7,56 | 7,55 | 7,54 | 7,52 | 7,51 | 7,49 | 7,48 | 7,47 | 7,45 |
30 | 7,44 | 7,42 | 7,41 | 7,40 | 7,38 | 7,37 | 7,35 | 7,34 | 7,32 | 7,31 |
Далее рассчитайте степень насыщения воды кислородом (R) в % с учетом фактической величины атмосферного давления по формуле:
где 100 – коэффициент пересчета единиц измерения из мг/л в %;
760 – нормальное атмосферное давление, мм рт.ст.;
Сн – величина концентрации насыщенного раствора кислорода для условий отбора, определенная по табл.16.
Р – фактическая величина атмосферного давления в момент отбора пробы.
Примечание. При отсутствии данных об атмосферном давлении в момент отбора допускается его принимать равным нормальному.
Пример расчета степени насыщения воды кислородом.
При значениях СРК = 7,52 мг/л, Сн = 9,82 мг/л, Р = 735 мм рт. ст. и температуре воды в момент отбора 16°С степень насыщения составляет:
1.3.1. Биохимическое потребление кислорода (БПК)
1.3.2. Окисляемость, или химическое потребление кислорода (ХПК)
1.3.3. Бихроматная окисляемость (ускоренный метод определения)
Точно не собираются?
Палеонтологи говорят, что все наземные позвоночные являются дальними потомками рыб, когда-то выползших на сушу. – Поэтому мы и волнуемся так, и кричим рыбам: «Здесь уже занято, ползите назад!» Рыбы отвечают: «Да ладно вам, мы же не собираемся на вашей суше жить, нам бы только засуху/жару/отлив/загрязнение переждать!»
Засуха. Больше всего не повезло рыбам, живущим в пресных водоемах. В особо жарких местах такие водоемы могут пересохнуть, и что тогда делать? Либо помирать, либо отправляться искать другой водоем. Понятно, что рыбы стараются делать это влажной и росистой ночью, но все равно – они ползут по суше!
Жара. Впрочем, и без пересыхания в пресном водоеме летом не соскучишься: в теплой воде очень мало кислорода, а в горячей почти совсем нет, так что пользы от такой воды (в смысле дыхания) немного. А кислорода как назло требуется больше, чем обычно – ведь рыбы – холоднокровные животные, и при нагревании воды скорость их обмена веществ увеличивается автоматически.
Отлив. Луна, летая вокруг Земли, формирует небольшой бугорок воды. Когда этот бугорок у нас – наступает прилив, когда не у нас – отлив. Рыбы, не желающие покидать родную (богатую пищей) приливно-отливную зону, во время отлива остаются на освободившейся суше (скорее, жиже).
Загрязнение. Кстати, о жиже. Жабры, по своему первоначальному предназначению (вспомним ланцетника) являются фильтрами, задерживающими разную водную мелочь. Если в воде по какой-то причине становится слишком много микроскопических частиц, то рыбные жабры могут просто засориться, как унитазы.