ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัดค่าออกซิเจนในน้ำ Dissolved Oxygen Meter DO Meter

  ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ หรือดีโอ (Dissolved Oxygen: DO) 
Dissolved Oxygen ออกซิเจนเป็นปัจจัยที่นับว่ามีความสำคัญมากที่สุดในการดำรงชีวิต เนื่อง จากสิ่งมีชีวิตทุกชนิดจำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในกระบวนการต่างๆ ของร่างกายเพื่อการเจริญเติบโต ถ้าหากมีออกซิเจน Dissolved Oxygen ในปริมาณมากหรือน้อยเกินไป สิ่งมีชีวิตจะไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้

โดย ปกติออกซิเจนที่ละลายในน้ำ Dissolved Oxygen ได้มาจากบรรยากาศและการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช น้ำ ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ Dissolved Oxygen จะแปรผกผันกับอุณหภูมิ และความเข้มข้นของแร่ธาตุที่ละลายในน้ำ ถ้าหากอุณหภูมิและความเข้มข้นของแร่ธาตุในน้ำสูง จะทำให้ออกซิเจนจะละลายในน้ำได้น้อยลง น้ำในธรรมชาติทั่วไปปกติจะมีค่าดีโอ Dissolved Oxygen ประมาณ 5-7 มิลลิกรัมต่อลิตร (mg/L) ถ้าค่าดีโอต่ำกว่า 3 มิลลิกรัมต่อ ลิตร จัดว่าน้ำในแหล่งนั้นเน่าเสีย

   DO จะแสดงถึงปริมาณออกซิเจนที่อยู่ในน้ำ   ซึ่งมาจาก 2 แหล่งใหญ่   คือ   จากบรรยากาศโดยรอบ (atmosphere) และจากกระบวนการสังเคราะห์แสดงของพืช (photosynthesis) เนื่องจากคลื่นและการเคลื่อนตัวของน้ำนำอากาศลงไปผสมกับน้ำ   จึงก่อให้เกิดพืชและสาหร่ายขึ้นในแหล่งน้ำ

   ปริมาณ DO ในน้ำจะมีได้มากหรือน้อยเพียงใดนั้นขึ้นกับ 3 ปัจจัย   ได้แก่   อุณหภูมิ, ค่า salinity และความดันบรรยากาศ

1.ปริมาณ DO Dissolved Oxygen จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง (น้ำเย็นจะยอมให้ออกซิเจนละลายยมากกว่าน้ำร้อน)

2.ปริมาณ DO Dissolved Oxygen จะเพิ่มขึ้นเมื่อค่า salinity ลดลง (น้ำจืดจะยอมให้ออกซิเจนละลายยได้มากกว่าน้ำเค็ม)

3.ปริมาณ DO Dissolved Oxygen จะลดลงเมื่อค่าความดันลดลง (เมื่ออยู่ในระดับที่สูงขึ้นออกซิเจนจะลายได้น้อยลง)

ภาพด้านล่างนี้แสดงถึงสภาพการละลายได้ (Solubility) ของ DO Dissolved Oxygen ในหน่วย mg/l ในน้ำ ณ อุณหภูมิต่างๆ 

หน่วยการวัด DO ( Dissolved Oxygen ) Oxygen meter 

หน่วยของการวัดค่า DO ในน้ำคือ ppm (part per million) ซึ่งหมายถึง จำนวนโลเลกุลของ ออกซิเจน (O₂) ต่อจำนวนโมเลกุลของตัวอย่างทั้งหมด 1 ล้านโมเลกุล ในส่วนของ %sat. นั้นจะถูกนำมาใช้เพื่อวิเคราะห์ค่า DO ( Dissolved Oxygen ) ในระดับอื่น หน่วย %sat. นั้นเป็นการวัดระดับ DO ( Dissolved Oxygen ) แล้วหารด้วย ปริมาณออกซิเจน สูงสุดที่น้ำสามารถให้ละลายได้ ณ อุณหภูมินั้นๆ และภายใต้เงื่อนไขของความดันบรรยากาศ   แล้วคูณด้วย 100

DO meter  

อะไรคือสิ่งที่ถูกวัด ( Dissolved Oxygen meter  , Oxygen meter )

โพรบ DO ( Dissolved Oxygen Meter ) จะตอบรับความดันย่อยของ ออกซิเจนในของเหลว หรือใน ออกซิเจนในอากาศที่ถูกวัด   เป็นการวัดในรูปของค่าความดันมากกว่าความเข้มข้น   ออกซิเจนทั้งหมดที่แพร่ผ่านเมมเบรนนั้นจะถูกใช้ไปที่แคโธด   ซึ่งเป็นที่ที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า   โดยจะถูกรีดิวซ์ให้อยู่ในรูป hydroxyl ion ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าภายในโพรบ

             O₂ + 2 H₂O + 4e^-                    4OH^-

เพราะว่าออกซิเจนที่ถูกใช้ไปทั้งหมดนั้นถูกใช้ไปในทางเคมี   และความดันย่อยของออกซิเจนในอิเลคโตรไลท์นั้นเป็นศูนย์  ดังนั้น  จึงเกิด Slope    ของความดันย่อยของออกซิเจนขึ้นที่เมมเบรนและอัตราที่ ออกซิเจน Oxygen ผ่านโพรบนั้นก็เป็นผลจากความดันย่อยของ ออกซิเจนในอากาศ หรือ ออกซิเจนในของเหลว ที่กำลังวัดเมื่อโพรบ ( Electrode ) ถูกจุ่มในน้ำที่อิ่มตัวด้วยอากาศ  กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิอค่า salinity ของน้ำ   อย่างไรก็ตามในส่วนของค่าความเข้มข้นของ DO Dissolved Oxygen นั้นจะแปรผันตามอุณหภูมิ temperature และค่า salinity ของน้ำ   เนื่องจากการรายงานผลค่าความเข้มข้นของ DO Dissolved Oxygen ที่ละลายนั้นจะถูกต้องที่สุดเมื่อได้รับการชดเชยตามอุณหภูมิ Temperature Compensation, ค่า salinity และค่าความดันบรรยากาศ ณ ขณะนั้น

ถ้ารายงานค่า DO Dissolved Oxygen ในรูปของค่าความดันย่อยของออกซิเจน   การชดเชยค่าจากอุณหภูมิ temperature compensation และหรือค่า salinity จะไม่จำเป็นอีกต่อไป   เนื่องจากโดยส่วนใหญ่แล้วโพรบ Electrode จะมีระบบชดเชยอุณหภูมิอยู่แล้ว   ยกตัวอย่างเช่น   ถ้าเครื่องแปลงค่าจากการวัดค่าความดันย่อยของ ออกซิเจน ไปสู่ค่า DO Dissolved Oxygen ในหน่วย mg/l ณ อุณหภูมิขณะนั้น   จึงจำเป็นจะต้องป้อนค่า salinity และค่าความดันบรรยากาศเพื่อการชดเชยค่าที่จะทำให้เกิดความถูกต้องสูงสุดในการวัด 

การนำไปใช้ DO Meter Dissolved Meter

ออกซิเจนเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับปลา, หอย, พืช และแอโรบิคแบคทีเรีย  ถ้าหากค่า DO Dissolved Oxygenในน้ำต่ำกว่า 3 ppm จะทำให้สิ่งมีชีวิตในน้ำอยู่ในภาวะถูกกดดัน   ถ้าค่า DO Dissolved Oxygen ต่ำกว่า 2 ppm หรือ 1 ppm ปลาจะไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้   เนื่องจากโดยปกติแล้ว   ปลาจะสามารถดำรงชีวิตและทำกิจกรรมต่างๆ   ตามปกติที่ระดับ DO Dissolved Oxygen 5-6 ppm ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นมากๆ   สำหรับอุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำพืชน้ำ

ถ้าค่า DO Dissolved Oxygen ต่ำนั่นหมายถึงระบบต้องการออกซิเจน   โดยทั่วไปสารอินทรีย์ตามธรรมชาติจะถูกย่อยและสะสมอยู่ตามลำธาร   เช่นเดียวกับสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมต่างๆ    ของมนุษย์ ซึ่งทั้ง 2 กรณีนี้ส่งผลให้ระบบต้องการออกซิเจนเพิ่มมากขึ้น จุลินทรีย์ใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายของเสียที่ไม่ว่าจะมาจากในเมือง, น้ำชะจากจากการเกษตร   และน้ำทิ้งของกระบวนการผลิตอาหารจากโรงงาน   และถ้าค่า DO Dissolved Oxygen ลดลงมามากเท่าไรจุลินทรีย์ก็จะตายและจะไม่สามารถย่อยของเสียต่างๆ ได้   ถ้าค่า DO Dissolved Oxygen ยิ่งสูงมากขึ้นเท่าไรก็จะทำให้จุลินทรีย์สามารถย่อยสลายของเสียได้มีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น   ซึ่งประโยชน์ทางอ้อม   คือ   ส่งผลให้ลดต้นทุนในการกำจัดของเสีย

ในหม้อต้มน้ำ   จำเป็นที่จะต้องควบคุมให้มีปริมาณออกซิเจนให้น้อยที่สุด   เนื่องจากหากตรวจพบปริมาณออกซิเจนมากขึ้นเท่าไร   ก็ยิ่งจะส่งผลให้เกิดตะกรัน   หรือคราบที่หนาขึ้นและส่งผลต่อการให้ความร้อนลดประสิทธิภาพลง

ในมลพิษบางประเภทเช่น   การระบายน้ำทิ้งจากเหมืองซึ่งมีสภาพเป็นกรด   จะส่งผลให้น้ำต้องการออกซิเจนมากขึ้น   เพื่อใช้ในการกำจัดสารประกอบทางเคมีต่างๆ   อันได้แก่  ไนเตรด (NO₃^-), แอมโมเนีย (NH₄⁺), ซัลเฟต (SO₄^2-), และซัลไฟต์ (SO₃^2-), เฟอรัสอิออน (Fe₂⁺), เฟอริคอิออน (Fe₃^-), ให้หมดไปผ่านปฏิกิริยา redox

ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นสิ้งที่สำคัญที่ต้องคำนึงถึงในอุตสาหกรรมการทำน้ำประปา  และการบำบัดน้ำเสีย