ออกซิเจนมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตหลายชนิดและกระบวนการทางเคมีหลายอย่างที่เกิดขึ้นในน้ำ ออกซิเจนสามารถเข้าสู่น้ำได้ 2 วิธี คือ จากการสังเคราะห์แสงจากพืชน้ำ หรือผ่านการแพร่กระจายกับอากาศโดยรอบ
ออกซิเจนยังถูกดูดซึมเข้าไปในน้ำโดยการหายใจของสัตว์และพืชน้ำ การย่อยสลายสารอินทรีย์โดยจุลินทรีย์ และปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ออกซิเจนรวมที่ร่างกายดูดซึมในกระบวนการทางชีวภาพทั้งหมดเรียกว่า “ความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี” หรือเรียกสั้นๆ ว่า BOD เมื่อออกซิเจนถูกใช้มากกว่าที่ผลิตขึ้น ระดับออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำจะลดลง
เมื่อน้ำมีปริมาณออกซิเจนละลายในระดับสูงที่ค่อนข้างคงที่ มักถือว่าเป็นระบบนิเวศที่มีสุขภาพดี สามารถรองรับสิ่งมีชีวิตในน้ำได้หลายชนิด สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวให้เข้ากับระดับออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำที่เปลี่ยนแปลง และหากระดับออกซิเจนละลายในระดับสูงเกินไป อาจทำให้เกิดความเครียดได้
ออกซิเจนในน้ำคืออะไร?
ออกซิเจนที่ละลายน้ำคือการวัดปริมาณออกซิเจนในรูปก๊าซ (เช่น O2) ที่ละลายอยู่ในน้ำ ออกซิเจนจะเข้าสู่แหล่งน้ำในแม่น้ำจากบรรยากาศ (ผ่านการแพร่กระจาย) จากน้ำใต้ดิน และเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์แสงของพืชน้ำ ระดับออกซิเจนในน้ำสามารถแสดงเป็นหน่วยความเข้มข้นเป็น mg/L หรือแสดงเป็นปริมาณออกซิเจนสูงสุดที่ละลายในน้ำได้ที่อุณหภูมิหนึ่งๆ ซึ่งเรียกว่า “% ความอิ่มตัว“
ทำไมต้องวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ
ปลาและแพลงก์ตอนสัตว์ต้องการออกซิเจนในน้ำเพื่อหายใจ ระดับออกซิเจนที่ดีมีความสำคัญต่อสุขภาพของระบบแม่น้ำ แม่น้ำที่ไหลช้าและมีมลพิษมักเกี่ยวข้องกับปริมาณออกซิเจนต่ำซึ่งไม่สามารถรองรับสิ่งมีชีวิตได้มากนัก ดังนั้นออกซิเจนที่ละลายน้ำมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับมลพิษอินทรีย์และการเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ ดังนั้นจึงสามารถบอกได้ถึงสุขภาพของน้ำ โดยสามารถอ่านเนื้อหาเพิ่มเติมได้ที่ ความสำคัญของการวัดออกซิเจนที่ละลายน้ำ
ออกซิเจนในน้ำ กี่เปอร์เซ็นต์ดี?
ออกซิเจนละลายสามารถวัดได้หลายหน่วย ได้แก่ ส่วนต่อล้าน (ppm) มิลลิกรัมต่อลิตร (mg/L) หรือเปอร์เซ็นต์ของความอิ่มตัว เมื่อวัดออกซิเจนละลายความเข้มข้นจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง 14 ppm หรือ mg/L (ทั้งสองวิธีวัดค่าเดียวกันแต่บางครั้งชุดทดสอบจะใช้ค่าการวัดเพียงค่าเดียว) และค่าความอิ่มตัว 0 ถึง 125 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป เมื่อวัดเปอร์เซ็นต์ของความอิ่มตัวเราจำเป็นต้องทราบอุณหภูมิของน้ำด้วยเพราะอาจทำให้ผลลัพธ์มีการเปลี่ยนแปลงได้
สำหรับหน่วย mg/L:
- 0-2 mg/L: ออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการดำรงชีวิตของสัตว์ส่วนใหญ่
- 2-4 mg/L: มีปลาและแมลงเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถอยู่รอดได้
- 4-7 mg/L: ดีสำหรับสัตว์ในบ่อน้ำส่วนใหญ่
- 7-11 mg/L: ดีมากสำหรับปลาในลำธารส่วนใหญ่
สำหรับหน่วย % ความอิ่มตัว:
- ต่ำกว่า 60%: คุณภาพต่ำ แบคทีเรียอาจใช้ออกซิเจนจนหมด
- 60-79%: ยอมรับได้สำหรับสัตว์น้ำลำธารส่วนใหญ่
- 80-125%: เหมาะสมสำหรับสัตว์น้ำลำธารส่วนใหญ่
- 125% ขึ้นไป: ค่าสูงเกินไป
คำนวณค่า DO จาก % ความอิ่มตัวของอากาศ
ในการคำนวณความเข้มข้นของออกซิเจนในน้ำจากความอิ่มตัวของอากาศ จำเป็นต้องทราบอุณหภูมิและความเค็มของสารตัวอย่าง ความดันบรรยากาศได้รับการพิจารณาแล้วเนื่องจากความดันบางส่วนของออกซิเจนมีส่วนทำให้เกิดเปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของอากาศ ความเค็มและอุณหภูมิสามารถนำมาใช้ในกฎของเฮนรี่ (Henry’s Law) เพื่อคำนวณค่าความเข้มข้นของ DO ว่าจะมีค่าเท่าไหร่เมื่อเทียบความอิ่มตัวของอากาศที่ 100% อย่างไรก็ตามถือเป็นวิธีที่ง่ายกว่าในการใช้ตารางเทียบความสามารถในการละลายของออกซิเจน โดยตารางเหล่านี้จะแสดงความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำที่ความอิ่มตัวของอากาศที่ 100% ที่อุณหภูมิต่างๆ และความเค็ม จากนั้นค่านี้สามารถคูณด้วยเปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของอากาศที่วัดได้เพื่อคำนวณความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
O2 mg/L = (% ความอิ่มตัวของออกซิเจนที่วัด)*(ค่า DO โดยวัดจากchartอุณหภูมิและความเค็ม)
ตัวอย่างเช่น:
วัด DO 70% ความเค็ม 35 ppt ที่ 15°C จะได้ 0.70 * 8.135 = 5.69 mg/L
หลังจากนี้ทราบเปอร์เซ็นต์ที่ออกซิเจนควรมีแล้วควรวัดออกซิเจนโดยสามารถอ่านเพิ่มได้ที่ การวัดออกซิเจนละลายน้ำ
