水体中溶解氧含量的关系与温度和压力

（一）氧在水中的溶解度

溶解于水中的分子氧称为溶解氧。溶解氧是天然水和废水中最重要的一种溶解气体，其含量与大气压力及水的温度密切相关，与水中的含盐量也有一定的关系。大气压力减小，溶解氧量也减小。温度升高，溶解氧量也显著下降。水的含盐量增加，也会使溶解氧量降低。

1.氧在水中的溶解度Cs与温度和含盐量的关系

氧在水中的溶解度Cs与温度和含盐量的关系见表2-14。氧在水中的溶解度随含盐量增加而减少。实际上，水中含盐量高达35g/L时，其线性关系仍较好。含盐量为ng/L时，氧在水中的溶解度由相应的纯水中的溶解度减去nΔCs值而求得。表2-15列出了在101.3kPa的大气压力下，空气中含氧20.94%时，氧在不同氯离子浓度水中的溶解度。

表2-14　氧在水中的溶解度与温度和含盐量的关系

注　Cs——存在有被水蒸气饱和的空气（在101.3kPa压力、含氧20.94%）时纯水中氧的溶解度，mg/L；
ΔCs——总含盐量为1g/L时溶解度的变化。

表2-15　不同温度和盐度下溶解氧的饱和含量

2.氧在水中的溶解度Cs与温度和压力的关系

如果大气压力不是101.3kPa时，可以按照下面的公式计算出氧在水中的溶解度：

式中　C's——大气压力为P时氧的溶解度，mg/L；

Cs——大气压力为101.3kPa时氧的溶解度，mg/L；

P——测定时的大气压力，kPa；

Pw——所考虑温度下与空气接触的水蒸气压力，kPa。

对于低于海拔1000m的地方和温度小于25℃时，P w可以忽略不计，因此上式可简化为：

压力80.0～110.0kPa之间每间隔5kPa时的C's值，以mg（O2）/L表示，列表于2-16中。

表2-16　氧在水中的溶解度Cs与温度和压力的关系

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（二）水体中溶解氧的实际含量

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，按理应该达到溶解平衡，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，具体数值取决于当时条件下水中增氧作用与耗氧作用。

1.水中增氧作用及其影响因素

（1）空气中氧的溶解。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，水中溶解氧不饱和程度越大，则溶解增氧越快。但空气自然溶解增氧通常只限于表水层，在水体溶解氧的总收入中只占很小比例。

（2）植物光合作用增氧。在自然条件下，这常是水体内溶解氧的最大供应者，在溶解氧总收入中占很大比例。植物光合作用增氧有以下特点：①昼夜变化明显，仅白天十几小时增氧，晚上反而耗氧；②水层差别大，仅在光线充足的表水层内增氧，底水层因光线不足或无光线只耗氧不增氧；③效果不稳定，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、营养盐类的供给状况等因素不同而异，时空变化很大。

（3）补水增氧。人工泵水、注入、自然流水补给以及水体内部水团的垂直对流均属这类。

总的说来，贫营养水体及流动水体，以大气溶解增氧较大，富营养型静水水体则以光合作用增氧为主。一般在自然条件下，静水池内溶解氧的总收入中，光合作用增氧约占89%，空气溶解氧约占7%，其余4%为补水增氧。

2.水中耗氧作用及其影响因素

（1）物理作用耗氧。水中溶解氧过饱和时，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—气界面处进行。

（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消耗。例如，甲烷与氧作用生成二氧化碳逸出等。

（3）生物作用耗氧。生物作用耗氧大体有以下三类：①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消耗水中的溶解氧，生物密度越大，呼吸耗氧越多，在一定范围内，温度越高，呼吸耗氧越快；②有机物分解耗氧，这一过程大都与生物活动有关，纯化学氧化耗氧意义不大；③底质耗氧，主要也是生物呼吸过程，沉积物越多，则耗氧潜力越大，水温升高、氧浓度较大、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氧速率约为每天每平米0.31～0.99g。

3.水体内溶解氧的实际含量

水体内溶解氧的实际含量就是由上述增氧作用、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）使水中溶解氧趋于平衡浓度，而生物因素（主要为光合作用与呼吸作用）则使水中溶解氧偏离平衡浓度，是导致溶解氧时空分布变化不均的关键因素。当水中生物呼吸作用耗氧总量大于水中生物光合作用增氧总量时，水中溶解氧实际浓度将不断减小，若经过长时间积累，就会出现溶解氧最小值，乃至完全无氧；相反，当水中生物光合作用增氧总量大于水中生物呼吸作用耗氧总量时，则溶解氧实际含量逐渐增多，经长时间积累，就会出现溶解氧极大值，有时可达饱和含量2倍以上。由于光合作用和呼吸作用随时间、水层不断变化，因此，水体内溶解氧实际含量很少稳定在平衡含量，而是不断地在极小值和极大值之间大幅度地反复变化。水体生物活动越有力，则波动愈剧烈。

（三）溶解氧测定的环境意义

水体中溶解氧含量的多少，直接反映出水体受污染的程度。如果水体受到有机物质污染时，在微生物的作用下，氧化这些有机物质需要消耗水中的溶解氧。当污染较为严重，氧化作用进行得很快，而水体又不能从空气中吸收充足的氧气来补充氧的消耗时，就会使水中的溶解氧逐渐减小，甚至会接近于零。在这种情况下，厌气细菌便繁殖并活跃起来，使水中有机物质发生厌氧腐败分解。这种分解不仅会产生出硫化氢、氨等不良气体，使水体发出臭味影响环境，而且还会导致在沉淀中产生二氧化碳和甲烷。这些气体可能将沉泥浮起，在水面上形成一层含有各种有机物的浮渣，严重影响水体的感官质量。因此，溶解氧的测定是衡量水体污染的一个重要指标。

溶解氧对于水生生物，如鱼类等的生存有着密切的关系，当水中溶解氧低至3～4mg/L时，许多鱼类的呼吸会发生困难，不易生活。溶解氧进一步降低，甚至会发生鱼类窒息而死亡。因此，为了保证环境卫生质量和水中鱼类的生存，一般规定水体中的溶解氧量至少应在4mg/L以上。

溶解氧的测定对于水体自净作用的研究有着重要的意义。在一条流动的河水中，取不同地段的水样来测定溶解氧，可以帮助了解该水体的自净能力和在不同地段自净作用进行的速度。

在废水的生化处理过程中，由于一切好氧分解处理过程依赖于水中溶解氧的存在，因此为了控制曝气速率以保证有适量的空气维持好氧条件，溶解氧的测定也是十分重要的。另外，溶解氧对于生化处理过程中活性污泥及生物膜的生长和活性都有很大的影响。

溶解氧的测定还是生化需氧量（BOD）测定的基础。

在某些工业用水，特别是动力工业的给水中，溶解氧的含量极为严格，如锅炉给水，要求溶解氧的含量不得超过0.05mg/L（有过热器的水管式锅炉）或0.10mg/L（无过热器的水管式锅炉），因此，锅炉给水常需作脱氧处理。