01/07/2022
Czynniki wpływające na nasycenie wody tlenem (c.d.)
Kiedyś już pisaliśmy o tym, jak istotną rolę w procesie napowietrzania wody odgrywa temperatura. Im jest wyższa, tym rozpuszczalność tlenu w wodzie maleje.
Oczywiście, wysokie temperatury przeszkadzają jeszcze bardziej, gdy nie napowietrzamy wody, bowiem "naturalne / samoczynne" napowietrzanie, które w normalnych warunkach zazwyczaj jest zbyt mało skuteczne (co powoduje, że trzeba szukać innych rozwiązań), w trakcie upałów już w ogóle nie wystarcza.
Ale czy tylko temperatura ma wpływ na stopień rozpuszczalności tlenu w wodzie?
Równie ważnym czynnikiem jest ciśnienie.
Pierwszym badaczem, który zajął się takim zjawiskiem był William Henry, angielski chemik i fizyk, bliski współpracownik Daltona. Podczas eksperymentów Henry doszedł do wniosku, że ilość gazu, która rozpuszcza się w cieczy, w danej temperaturze jest proporcjonalna do ciśnienia tego gazu.
Dla przybliżenia zjawiska możemy wyobrazić sobie pojemnik z wodą, w której nie jest rozpuszczony żaden gaz ( prężność gazu wynosi zero). Podczas zetknięcia ze środowiskiem gazowym, cząsteczki gazu natychmiast zaczynają wnikać w ciecz, aż do osiągnięcia stanu równowagi. Jednak, gdy zwiększymy ciśnienie otoczenia, działające na tą ciecz, zwiększy się szybkość rozpuszczania gazu w cieczy, znów do osiągnięcia równowagi. Równowaga ta polega na tym, że ta sama liczba molekuł wnika w ciecz i ta sama z niej się wydostaje. Stan taki nazywamy nasyceniem.
Podsumowując, jeśli tlen rozpuszczony w wodzie znajduje się w równowadze z tlenem występującym w atmosferze, mówimy wtedy o stuprocentowym nasyceniu wody tlenem. Natomiast, jeśli przekroczy tą wartość (przy danej temperaturze i ciśnieniu) występuje zjawisko przesycenia wody tlenem (i innymi gazami zawartymi w powietrzu).
Zjawisko to jest niekorzystne z punktu widzenia biocenozy wodnej. Przykładowo w wodzie przesyconej tlenem (gazami) ryby zapadają na tzw. "chorobę bąbelkową".
Oczywiście proces zmiany nasycenia tlenem zachodzi w dwie strony - gdy gwałtownie zmniejszymy ciśnienie, gaz zacznie się wydobywać z cieczy (wtedy może przybrać postać bąbelków w cieczy - tak, jak przy otwieraniu butelki z wodą gazowaną).
Powróćmy do naczynia z wodą i wyobraźmy sobie, że umieszczamy ją w komorze ciśnieniowej. Kiedy zwiększamy ciśnienie, zgodnie z prawem Henry’ego zwiększa się nasycenie wody gazami atmosferycznymi. Gaz rozpuszcza się w wodzie, aż do osiągnięcia równowagi ciśnień (nasycenia). Zmniejszając ciśnienie w komorze następuje zjawisko odwrotne do rozpuszczania. Gaz dąży do osiągnięcia stanu równowagi, zaczyna się on wydobywać z cieczy, dążąc do zmniejszania gradientu ciśnienia. Dopóki redukcja ciśnienia odbywa się stopniowo i gradient ciśnienia nie jest zbyt duży, rozpuszczony gaz wydobywa się z roztworu bez tworzenia bąbelków. Jeśli wystąpi gwałtowny spadek ciśnienia zewnętrznego (duży gradient ciśnienia) proces desaturacji zachodzi tak szybko, że gaz zaczyna formować charakterystyczne bąbelki.
Podsumowując: ciśnienie atmosferyczne ma ogromny wpływ na rozpuszczalność gazów w cieczy. Im wyższe jest ciśnienie, tym lepsza rozpuszczalność.
Znajomość tego zjawiska ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie do przeżycia organizmów wodnych potrzebny jest tlen - na stawach hodowlanych są to ryby, natomiast w oczyszczalniach ścieków są to mikroorganizmy osadu czynnego.
Oczywiście nie mamy wpływu na zmiany ciśnienia atmosferycznego. Jednak, chociaż częściowo możemy zabezpieczyć się przed nagłym wysyceniem tlenu z wody ( spowodowanym przez nagłe spadki ciśnienia np. w czasie burzy) - stosując systemy napowietrzania.
