Вода соединяется с кислородом при

Откуда берется кислород в воде? Взаимодействие кислорода с водой. Насыщение воды кислородом

Пожалуй, сейчас даже дети знают, что химическая формула воды — H₂O. Однако это теория, а на деле в воде растворено огромное количество веществ как органического, так и неорганического происхождения. Чистая вода, как известно, не имеет вкуса и запаха, но кто угодно может убедиться в том, что в подавляющем большинстве случаев это не так. В питьевой воде, например, содержится некоторое количество минеральных солей, что придает ей солоноватый привкус. В той или иной степени в ней содержится все то, с чем она контактирует. Точный состав воды зависит от места ее забора, ведь в разных местах она контактирует с разными веществами. Кое-где химики найдут в жидкости тяжелые металлы, где-то — различные органические вещества.

Как же так получается?

Вода является универсальным растворителем. Дистилированная вода считается наиболее чистым в химическом смысле веществом, однако через некоторое время она утрачивает свое первоначальное состояние. И вот почему: вода является настолько хорошим растворителем, что со временем в нее попадают молекулы различных веществ из воздуха. В природе же это происходит еще и за счет жизнедеятельности различных организмов, живущих в водной среде.

Газы в воде

Наливая воду в стакан, можно увидеть пузырьки газа, которые будут находиться на стенках сосуда. Наряду с солями и другими веществами вода растворяет в себе и газы. Прежде всего это азот из воздуха, а также кислород, углекислый газ, а в некоторых случаях еще метан и сероводород. Причем холодная вода растворяет газы гораздо лучше, чем теплая, так что чем ниже температура, тем выше концентрация газов. И наоборот — с ростом температуры растворимость падает.

Источники растворенных в воде газов

Но откуда вообще все эти вещества берутся в воде? Азот, как правило, растворяется в процессе взаимодействия с атмосферой, метан — в результате контакта с породами и разложения донного ила, а сероводород образуется как продукт гниения органических остатков. Как правило, сероводород содержится в глубинных водных слоях и не поднимается к поверхности. При его высокой концентрации жизнь невозможна, так, например, в Черном море на глубинах более 150-200 метров из-за высокой насыщенности вод сероводором почти нет живых организмов, кроме некоторых бактерий.

Кислород также всегда содержится в воде. Он является универсальным окислителем, поэтому частично разлагает сероводород, снижая его концентрацию. Но откуда берется кислород в воде? О нем разговор пойдет особый.

Кислород

Практически все живые организмы нуждаются в кислороде. Люди дышат вохдухом, который представляет собой смесь газов, немалую часть которой составляет именно он.

Обитатели водной среды также нуждаются в этом веществе, так что концентрация кислорода в воде — это очень важный показатель. Обычно он составляет до 14 мг/л, если речь идет о природных водах, а иногда даже больше. В той же жидкости, которая течет из-под крана, кислорода содержится гораздо меньше, и это легко объяснить. Водопроводная вода после водозабора проходит через несколько этапов очистки, а растворенный кислород — крайне неустойчивое соединение. В результате газообмена с воздушной средой большая его часть просто улетучивается. Так откуда берется кислород в воде, если не из воздуха?

На самом деле это не совсем правда, из воздуха он тоже берется, но его доля, растворенная в результате контакта с атмосферой, крайне мала. Для того чтобы взаимодействие кислорода с водой было достаточно эффективным, необходимы особые условия: низкая температура, высокое давление и относительно низкая минерализация. Они соблюдаются далеко не всегда, и жизнь вряд ли бы существовала в нынешнем виде, если бы единственным способом образования этого газа в водной среде было взаимодействие с атмосферой. К счастью, есть еще два источника, откуда берется кислород в воде. Во-первых, растворенные молекулы газа в большом количестве содержатся в снеговых и дождевых водах, а во-вторых — и это основной источник — в результате фотосинтеза, осуществляемого водной растительностью и фитопланктоном.

Кстати, несмотря на то, что молекула воды содержит кислород, извлечь его оттуда живые организмы, конечно, не в состоянии. Поэтому им остается довольствоваться именно растворенной долей.

О значении водорослей

Мало кто в обычной жизни задумывается, чем мы дышим и почему состав воздуха именно такой, какой он есть. Практически все знают, что большинство живых организмов, дышащих воздухом, приспособлено именно к такой смеси. Но если речь идет о наземно-воздушной среде, то вопросов не возникает. А откуда в воде кислород? Как и на земле, там много растений, которые с помощью процесса, который называют фотосинтезом, потребляя свет и углекислый газ, выделяют O₂.

Если же быть точнее, в последние десятилетия по тем или иным причинам человечество уничтожило огромную часть лесов. Но речи о глобальном кризисе пока нет, хотя население планеты постоянно растет, и потребление кислорода
огромно. И огромное значение в этом вопросе имеют водоросли, которые обитают в Мировом океане, большей частью именно за их счет происходит насыщение воды кислородом. Некоторые их виды люди и морские обитатели употребляют в пищу, но их количество остается достаточным для эффективного фотосинтезирования. Вот откуда берется кислород в воде, а значит, благодаря газообмену с атмосферой, и в воздухе. Именно фотосинтез водорослей — его основной источник. Кстати, именно за счет процессов, происходящих в растениях, был накоплен первичный кислород в атмосфере, а сейчас происходит только поддержание ее неизменного состава.

Роль растворенного кислорода (РК)

Несмотря на то что дыхательная система водных обитателей устроена иначе, чем у жителей наземно-воздушной среды, они нуждаются все в тех же веществах. Прежде всего речь идет о кислороде, который играет важную роль в жизнедеятельности подавляющего большинства организмов. И если мы извлекаем его из атмосферы, где его доля более или менее стабильна и составляет около 21%, то жители рек, морей и океанов сильно зависят от того, сколько кислорода в воде содержится в месте их обитания. Помимо рыб, кислород нужен и растениям. Однако его продукция обычно выше, чем уровень потребления, так что это не должно вызывать беспокойства.

Нормальные показатели

Из-за своей значительной роли в нормальном функционировании экосистем, уровень РК часто подвергается контролю со стороны биологов и экологов. Ведь в природе все связано, нарушение газового баланса в одном водоеме может вызвать проблемы и в соседних, если они связаны. Как правило, замеры проводятся до полудня, в этот период концентрация газа в поверхностных водах становится максимальной и составляет до 14 мг/л. Этот показатель подвержен серьезным суточным и сезонным колебаниям, но он не должен опускаться ниже 4 мг/л.
Уменьшение концентрации до 2 мг/л и менее вызывает массовую гибель обитателей гидросферы. Фактически — от удушья. Постепенное снижение показателя может говорить о загрязнении водоема и также может со временем закончиться гибелью водных жителей.

Важное значение хорошая аэрация имеет, например, в аквариумистике. Именно поэтому необходимо не только устанавливать специальные насосы, закачивающие воздух в воду и насыщающие его кислородом, но и, например, при необходимости высаживать на дне различные водоросли. Конечно, тем, кто имеет подобное хобби, в первую очередь интересна эстетика экосистемы, однако нельзя забывать о ее устойчивости и некой долговечности.

Если же речь идет о рыбных хозяйствах, производстве жемчуга и других специфических отраслях подобного типа, то помимо различных мер, направленных на сохранение достаточной концентрации растворенного кислорода в воде, необходимо регулярно проводить измерение этого показателя с помощью специальных проб. При их заборе крайне важно, чтобы не произошло контакта с воздухом, это может исказить результаты анализа.

Источник

Насыщение воды кислородом: для чего это нужно делать и как

Насыщение воды кислородом: для чего это нужно делать и как

Насыщение воды кислородом: для чего это нужно делать и как

Насыщение воды кислородом – этот процесс применяется для принудительного повышения концентрации кислорода в воде. При этом двухвалентное железо, содержащееся в воде, окисляется до трехвалентного. Повышение валентности этого металла способствует увеличению размера его молекул, которые удерживаются фильтрами для обезжелезивания воды. Помимо увеличения молекул железа, повышение концентрации кислорода в воде вызывает связывание растворенных молекул газа сероводорода до состояния слабо концентрированной серной кислоты. Она обеззараживает воду, убивая живые микроорганизмы, бактерии и даже вирусы, не принося вреда здоровью человека.

Из этой статьи вы узнаете:

Что такое насыщение воды кислородом

Зачем нужно насыщение воды кислородом

Как понять, что необходимо провести насыщение воды кислородом

Как происходит насыщение воды кислородом

Каким образом происходит насыщение воды кислородом

Аэрация – это процесс естественного или искусственного насыщения кислородом. Насыщение воды может производиться с помощью технических средств (подведение воздуха) или путем ликвидации преграды (льда, маслянистой пленки и т. д.).

Кислород – основной показатель качества воды. Он содержится в природной воде в виде молекул О₂. На его концентрацию в воде оказывают влияние две группы противоположно направленных процессов: одни поднимают концентрацию кислорода, другие ее уменьшают.

Первая группа включает в себя следующие процессы:

абсорбция кислорода из атмосферы;

выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;

подпитка водоемов дождевыми и снеговыми потоками, в которых обычно содержится много кислорода.

Процесс окисления органических веществ (биологический, биохимический и химический), замедляет процесс насыщения воды кислородом.

В поверхностных водах концентрация растворенного кислорода находится в диапазоне от 0 до 14 мг/л и подвергается сезонным и суточным колебаниям. Последние зависят от того, насколько интенсивны процессы его продуцирования и потребления и могут составлять до 2,5 мг/л растворенного кислорода.

Зимой и летом распределение кислорода происходит в процессе стратификации. Нехватка кислорода чаще встречается в водных объектах с большой концентрацией загрязняющих органических веществ и в вырождающихся (перерождающихся) водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Окислительно-восстановительный потенциал, направление, а также скорость химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений – все это определяется концентрацией кислорода. Содержание в воде О₂ обуславливает способность микроорганизмов противостоять изменениям различных компонентов окружающей среды, особенно ее неблагоприятным факторам (маленькая разница парциального давления кислорода в воде и крови снижает уровень окислительных процессов в организмах).

Функциональная деятельность всего организма, стойкость его к неблагоприятным воздействиям, величина потребления и ассимиляции пищи – обусловлено влиянием уровня окислительных процессов.

Читайте материал по теме: Обессоливание воды

Зачем необходимо насыщение воды кислородом

Вода, содержащая слишком много железа (при отсутствии кислорода) не пригодна для питья. Нормальное содержание железа в воде составляет менее 0,5 мг/л. При больших значениях необходимо пользоваться системами очистки.

Железо не только приносит вред организму, но и способно испортить водяное оборудование. Твердые частицы быстро приводят к его поломке. Также через некоторое время засоряется система водопровода.

Железо является основой чугуна и стальных сплавов и часто встречается в земной коре и практической жизни. От железа зависит само существование Вселенной, так как оно присутствует в цепочке ядерных реакций. Даже в биологии железо (гемоглобин) незаменимо и без него не может жить ни человек, ни теплокровные животные. Железо и его соединения получило широкое применение и в других областях деятельности человека.

Кроме полезных свойств, железо обладает и вредными. Помимо опасности холодного оружия, железо может навредить и в химическом плане. При большом содержании железа рост растений угнетается, водопроводное и сантехническое оборудование быстро выходит из строя, а при использовании такой воды для питья здоровью людей и животных угрожает опасность.

Статьи, рекомендуемые к прочтению:

Для решения этой проблемы стоит сменить источник питьевого водоснабжения или снизить концентрацию железа с помощью специальных устройств. В скважинах, обустраиваемых около частных домов и поселков, часто содержится много железа. В таких случаях применяют очистку воды от железа для дома.

Как понять, что необходимо провести насыщение воды кислородом

Признаком избыточного содержания железа можно считать быстрое образование рыжих полос в местах, где протекают тонкие струйки воды. Окисление железа ускоряется при контакте с кислородом воздуха (железо переходит из двухвалентного в Fe₂O₃), при этом образуется малорастворимый оксид, оседающий на фаянсе, фарфоре или эмали и на других материалах.

Эти образования представляют собой обыкновенную ржавчину. Вкус такой воды довольно специфичен и создает вяжущие ощущения во рту (при концентрации, превышающей норму на 1–2 мг/л). Как упоминалось ранее, преобладание железа может навредить при определенных заболеваниях и даже вызвать их, то есть железо может быть токсичным.

Основные методы насыщения воды кислородом

Напорный. Применяют при условии достаточного давления в водопроводе. Этот метод эффективен при небольшом содержании железа в воде – это единственный недостаток такого метода.

Безнапорный. Суть этого метода заключается в распылении воды через форсунки с минимальным диаметром сопла после поступления в аэрационную колонну. Применяется при большой концентрации железа в воде.

Упрощенный. Согласно этому способу вода с небольшой высоты сливается в канал системы фильтрации. Прохождение жидкости через зернистый фильтрационный слой сопровождается выделением ионов Fe 2+ и Fe 3+ на поверхность. Для применения такого способа требуется соблюдение двух условий: близкий к нейтральному щелочной баланс и минимальная концентрация железа.

Электрохимический. Эффективный способ насыщения воды кислородом с точки зрения энергетических и экономических параметров, метод аэрации, основанный на преобразовании электрической и химической энергии. Используется для очищения воды в промышленных объемах.

Отстаивание воды позволяет производить очистку от железа естественным способом (безнапорная аэрация). Кислород окисляет соединения железа, в том числе и комплексы, неорганические и органические. Это хороший способ, но требуется емкость большого объема, а также возникает проблема с размножением водорослей и других микроорганизмов.

Такой способ очистки воды от железа рекомендуется применять для водонапорных башен при условии небольшого расхода воды, это будет оптимальным вариантом. Для воды, сильно загрязненной железом, потребуется принудительная продувка воздухом (аэрация). Для этого потребуется специальная колонка и воздушный насос. Большие емкости не потребуются.

Природа предлагает еще более простой способ искусственной аэрации. Ниспадающий поток позволяет воде насытиться воздухом (а значит, кислородом). В подтверждение этому можно провести дома небольшой эксперимент – наливайте в кастрюлю воду с некоторой высоты и увидите, как образовываются пузырьки воздуха. Тот же принцип лежит в основе любой системы искусственной аэрации. Насыщение воды кислородом из воздуха происходит в водопадах, каскадах, перепадах (в особенности, в фонтанах).

Чтобы провести обезжелезивание воды в домашних условиях, потребуются специальные вещества. Широко применяется средство Birm. Его основу составляет пористая структура, которая легче воды. Эти свойства данного вещества позволяют производить аэрацию быстро, при этом происходит удаление всех загрязнений, в том числе и железа.

Стоит иметь в виду, что это вещество плохо взаимодействует с хлором, по этой причине не стоит применять хлорку для дезинфекции. Применение воздушного компрессора может не понадобиться.

Для каталитического очищения могут применяться порошковые природные средства доломит и цеолит. Использование специальной системы при этом не требуется. Магнофилт применяется в тех случаях, когда в жидкости нет сероводорода. Greensand чувствителен к микроорганизмам, по этой причине дальнейшая фильтрация и другие способы очистки не используются.

Читайте материал по теме: Очистка воды от железа

Насыщение воды кислородом своими руками

Для строительства своими силами аппарата для насыщения воды кислородом вам понадобится следующее оборудование:

циркулярный насос для подачи воды (любая насосная система);

фильтрующая установка (она обязательно должна размещаться в теплом помещении).

И последнее условие – это производительность фильтра. Его недельная пропускная способность должна быть не менее 250 литров; возможность отстаивания воды, для выполнения обезжелезивания.

В домашних условиях вы можете своими силами обустроить воздушный накопительный резервуар. Это удобно при наличии готовой системы водоснабжения или колодца на территории.

Помните! Использование накопительного очистителя для насыщения воды кислородом своими руками недопустимо, если на участке трубопровод состоит из металлических конструкций: сгонов, фитингов и муфт.

Основой для системы будет служить дюралюминиевый резервуар вместимостью не менее 100 л. При включении компрессора (он должен быть смонтирован) жидкость подается через распылитель А4, откуда она распыляется внутрь емкости.

Система включает в себя специальный элемент, который контролирует содержание озона в баке. После этого вода поступает на фильтрацию. Для подачи кислорода и воздуха в резервуар потребуется установить специальный патрубок. С помощью двух выходных патрубков контролируется уровень воды в системе. Снаружи на трубки натягивается силиконовый материал. Для выкачивания жидкости на выходную трубку устанавливается обратный клапан и компрессор.

Устройство насыщения воды кислородом

Принцип действия аэратора:

Поршень двигается вниз. Камера нагнетания закрывается за счет образовавшегося разряжения.

В то же время открывается камера всасывания. В этот момент в полость под поршнем попадает воздух.

Поршень двигается вверх, сжатый воздух переходит в камеру нагнетания.

Устройство электрохимического аэратора:

Аэрационная колонна. Представляет собой сосуд, в котором протекает процесс насыщения воды кислородом. Внутри резервуара идет непрерывная реакция окисления: кислород выделяется в процессе электролиза (после подачи тока на анод и катод вода начинает «разлагаться» на О₂ и Н₂).

Воздушный компрессор. Служит для нагнетания газов в резервуары и магистрали, поддерживая давление 6 атмосфер в системе.

Электродвигатель. Смонтирован в корпусе и запускается с помощью конденсатора. Питается от сети 220 вольт. Для охлаждения электродвигателя используются два расположенных по бокам вентилятора.

Электронное реле. Служит для включения и выключения системы. Кабель от реле ведет к компрессору.

Расходомер (счетчик воды). Применяется для диагностики функционирования системы аэрации в режиме реального времени и обеспечения оператора данными о проведенной работе.

Эжектор для насыщения воды кислородом

Эжектор предназначен для смешивания воды с воздухом, а значит, и насыщения воды кислородом.

Принцип действия эжектора основан на использовании кинетической энергии потока воды, направленного в трубку меньшего диаметра. При смене сечения трубки скорость воды увеличивается, что позволяет снизить давление. В результате внутри эжектора образуется вакуум, который служит движущей силой, обеспечивающей всасывание воздуха через боковой всасывающий патрубок эжектора и их перемешивание с основным потоком воды.

На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра для воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.

Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

подключить систему фильтрации самостоятельно;

разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

подобрать сменные материалы;

устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

Источник