Dissolved oxygen (DO) หรือออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการประเมินคุณภาพน้ำและสุขภาพโดยรวมของระบบนิเวศในน้ำ เป็นตัวบ่งชี้หลักว่าแหล่งน้ำสามารถสนับสนุนชีวิตและรักษากระบวนการทางสิ่งแวดล้อมที่ดีได้ดีเพียงใด
ไม่ว่าคุณจะศึกษาเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม จัดการพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ หรือทำงานด้านการบำบัดน้ำ การทำความเข้าใจออกซิเจนที่ละลายน้ำถือเป็นสิ่งพื้นฐาน
ในบทความนี้ เราจะอธิบายว่า Dissolved oxygen (DO) คืออะไร เหตุใดจึงมีความสำคัญ วัดได้อย่างไร และปัจจัยที่ส่งผลต่อระดับออกซิเจนในแหล่งน้ำ
Dissolved oxygen (DO) คืออะไร?
Dissolved oxygen หมายถึงโมเลกุลออกซิเจน (O₂) อิสระที่ไม่ประกอบกันในน้ำหรือของเหลวอื่นๆ เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการประเมินคุณภาพน้ำเนื่องจากมีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำ ในธรณีวิทยา (การศึกษาทะเลสาบ)
เราสามารถจินตนาการได้ว่าโมเลกุลออกซิเจนอิสระละลายในน้ำในลักษณะเดียวกับที่เราเติมเกลือหรือน้ำตาลลงในน้ำและทำการกวน
ออกซิเจนที่ละลายน้ำเป็นปัจจัยสำคัญรองจากน้ำเท่านั้น ระดับ DO ที่สูงหรือต่ำเกินไปอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและส่งผลต่อคุณภาพน้ำ
แม้ว่าจะมีออกซิเจนอยู่มากมายในชั้นบรรยากาศ แต่มีเพียงส่วนเล็กน้อยเท่านั้นที่ละลายในน้ำซึ่งเป็นสิ่งที่สิ่งมีชีวิตในน้ำพึ่งพาเพื่อความอยู่รอดเช่นปลา สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง แบคทีเรีย และพืช ล้วนต้องการออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเพื่อการหายใจและกระบวนการทางชีวภาพอื่นๆ
โดยปกติแล้วออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ (DO) จะวัดเป็นมิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ล.) หรือเป็นเปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนอิ่มตัว (%) แหล่งน้ำที่มีระดับออกซิเจนละลายในน้ำสูงโดยทั่วไปถือว่ามีคุณภาพดีรองรับสิ่งมีชีวิตที่หลากหลาย
ออกซิเจนละลายเข้าไปในน้ำได้อย่างไร
ออกซิเจนเข้าสู่แหล่งน้ำได้สองวิธีหลัก:
- การแพร่กระจายจากชั้นบรรยากาศ: ออกซิเจนจากอากาศจะแพร่กระจายสู่แหล่งน้ำโดยธรรมชาติ โดยเฉพาะที่ผิวน้ำ กระบวนการนี้จะเพิ่มขึ้นในน้ำที่มีกระแสน้ำเชี่ยวเช่นในแม่น้ำ น้ำตก หรือบริเวณที่มีคลื่น
- การสังเคราะห์แสงโดยพืชน้ำและสาหร่าย: ในช่วงเวลากลางวัน พืช สาหร่าย และแพลงก์ตอนพืชในน้ำจะสังเคราะห์แสง กระบวนการนี้จะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ ส่งผลให้ระดับออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเพิ่มขึ้น
อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ ในเวลากลางคืน การสังเคราะห์แสงจะหยุดลง แต่การหายใจของพืชและสิ่งมีชีวิตในน้ำยังคงดำเนินต่อไป ส่งผลให้ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำลดลง
การตรวจวัดค่าออกซิเจนที่ละลายน้ำ
มีหลายวิธีในการวัดค่าออกซิเจนที่ละลายน้ำ ตั้งแต่วิธีทางเคมีง่ายๆ ไปจนถึงเซนเซอร์ดิจิทัลขั้นสูง โดยวิธีการที่นิยมมีดังต่อไปนี้:
1.วิธีการไทเทรตแบบวินเคลอร์ (Winkler titration):
เป็นวิธีทางเคมีแบบคลาสสิกซึ่งนิยมใช้ในการทดสอบออกซิเจนที่ละลายน้ำในตัวอย่างน้ำ โดยใช้สารรีเอเจนต์ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างตะกอน
ปริมาณของตะกอนจะแปรผันตามปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ จากนั้นจึงไทเทรตตัวอย่างเพื่อหาความเข้มข้นของ DO ที่แน่นอน แม้ว่าจะมีความแม่นยำสูง แต่ต้องใช้ความรู้และประสบการณ์ของผู้ปฎิบัติงานที่มากกว่าและมักนิยมทำในห้องปฏิบัติการโดยผู้เชี่ยวชาญ
2.เซนเซอร์ไฟฟ้าเคมี (อิเล็กโทรดคลาร์ก):
เซนเซอร์ไฟฟ้าเคมีหรือที่เรียกอีกอย่างว่ามิเตอร์ DO ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคสนามและห้องปฏิบัติการ เซนเซอร์ประกอบด้วยโพรบที่มีแคโทดและแอโนด ซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าตามสัดส่วนของปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำในน้ำ
วิธีนี้ให้ค่าการอ่านแบบเรียลไทม์และมักใช้สำหรับการตรวจสอบตามปกติ ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องมีความเชี่ยวชาญมากเหมือนกับวิธีไทเทรต
3.เซนเซอร์ออกซิเจนแบบออปติคัล (Optical DO Probe):
เซนเซอร์เหล่านี้ใช้การเรืองแสงในการวัดระดับ DO แหล่งกำเนิดแสงจะกระตุ้นสีย้อมเรืองแสง และวัดเวลาที่สีย้อมจะกลับสู่สถานะปกติ ยิ่งเวลาดับนานขึ้น ความเข้มข้นของออกซิเจนก็จะยิ่งลดลง เซ็นเซอร์ออปติคัลมีความทนทานมากกว่า
ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า และมีความแม่นยำสูงกว่าเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบในระยะยาว
ระดับออกซิเจนในน้ำมาตรฐาน
ปลาแต่ละประเภทที่อาศัยอยู่ในน้ำต้องการปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำต่างกันในการดำรงชีวิต ตัวอย่างเช่นปลาบางชนิดไม่สามารถอยู่รอดได้ภายใต้ปริมาณ DO น้อยกว่า 6 มิลลิกรัมต่อน้ำ 1 ลิตร (6 มิลลิกรัม/ลิตร)
หากระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำลดลงเหลือประมาณ 3-4 มิลลิกรัม/ลิตร แม้แต่ปลาที่แข็งแรงที่สุดก็อาจหายใจไม่ออกได้
