مستشعرات ثاني أكسيد الكربون C02 مراقبة جودة المياه

لماذا قد أرغب في قياس CO₂؟

يمكن أن يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى المياه من خلال مسارات متعددة. يمكن أن تشمل بعض المصادر البرية الأساسية تحلل المواد العضوية، وانحلال صخور الكربونات، وتصريف مياه الصرف الصحي، وتصريف مستجمعات المياه. وتشمل المصادر الطبيعية الأخرى التنفس البيولوجي، وتحلل الرواسب، أو النشاط البركاني. ومن المصادر/المصارف الرئيسية لغاز ثاني أكسيد الكربون هو التبادل الجوي عند واجهة الهواء/الماء. ببساطة، يذوب غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء.

تؤدي الزيادة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الماء إلى انخفاض في الأس الهيدروجيني. ونظرًا لأن العديد من العمليات البيولوجية والكيميائية والفيزيائية تعتمد على الأس الهيدروجيني، فإن التغيرات المفاجئة أو السريعة في الأس الهيدروجيني قد يكون لها آثار ضارة على تنظيم هذه العمليات. وبالإضافة إلى تأثيرات الأس الهيدروجيني، فقد ثبت أن ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون₂ ضار بنمو بعض الكائنات الحية مثل الأسماك ذات الزعانف والمحار والكائنات الحية الأخرى المتكلسة، بما في ذلك العوالق النباتية.

كيف يتم قياس ثاني أكسيد الكربون؟

يجمع حساس Solinst Eureka C02 بين التصميم المتين وسهولة الاستخدام وتعدد الاستخدامات، كل ذلك في حزمة حساس واحد. يتم تسهيل قياس الغاز الذائب في سائل بواسطة غشاء شبه نافذ يسمح للغازات بالانتقال من الماء إلى مساحة رأس الغاز حيث يتم القياس. يتم إخراج القيمة الناتجة كجهد من 0 – 5 فولت، يتناسب مع ويمثل تقديرًا لكمية غاز ثاني أكسيد الكربون في عينة الماء التي تم تحليلها. يحول MantaPlus الخرج إلى %Sat، أو جزء في المليون.

يمكن ضبط النطاق على المستشعر حسب الطلب لزيادة الدقة إلى أقصى حد. يأتي مستشعر C02 مزوداً بمعايرة المصنع.

يذوب غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). وفقًا لقانون هنري للذوبان، الذي ينص على أن ذوبان الغاز في السائل يتناسب طرديًا مع الضغط الجزئي للغاز فوق السائل، يمكننا تقدير تركيز ثاني أكسيد الكربون₂ في الماء بقياس الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq / الذوبان. ومع تجاوز مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الحالية 400 جزء في المليون، مقارنةً بالقيم المسجلة التي بلغت حوالي 300 جزء في المليون حوالي عام 1960 (زيادة بنسبة تزيد عن 30%)، نتوقع أن تكون مستويات مياه البحر بتركيزات أعلى لأن الكربون يمكن أن يكون محبوسًا داخل طبقات المياه. وتكون هذه الطبقات المعزولة محدودة من المعايرة/التبادل في الغلاف الجوي مما يؤدي إلى تراكم ثاني أكسيد الكربون الذي يمكن أن ينتشر ببطء عبر التدرجات أو يختلط بسرعة عبر عمود الماء.

ما الذي يجب أن أعرفه عن قياس ثاني أكسيد الكربون في الميدان؟

تُستخدم أجهزة الاستشعار المتعددة MantaPlus المجهزة بمستشعرات ثاني أكسيد الكربون في الأبحاث في مجموعة واسعة من التطبيقات – تربية الأحياء المائية، ومراقبة مياه الصرف الصحي، ومراقبة الشعاب المرجانية، وتخزين احتجاز الكربون، والوقود الحيوي، على سبيل المثال لا الحصر.

بالنسبة لمزارع الاستزراع المائي، يمكن بسهولة استخدام MantaPlus المزود بمسبار استشعار C للمراقبة، في كل من المياه المفتوحة والخزانات، لضمان أن ثاني أكسيد الكربون إلى جانب معايير جودة المياه الأخرى ضمن المستويات المطلوبة. يمكن للأنظمة التي تتلقى البيانات من MantaPlus أن تحذر علماء الاستزراع المائي من تغير مستويات ثاني أكسيد الكربون داخل المزرعة.

يمكن أن تحتوي مياه الصرف الصحي في كثير من الأحيان على حمولة عضوية عالية، والتي يمكن أن تؤدي إلى تحلل سريع وإنتاج ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى حوالي 10,000 جزء في المليون في بعض أحواض الاحتجاز. وتبلغ مستويات ثاني أكسيد الكربون هذه 20 ضعف مستويات ثاني أكسيد الكربون النموذجية الموجودة في المياه الطبيعية. وفي حالة تسربها إلى المجاري المائية الطبيعية مثل مصبات الأنهار أو الأنهار أو البحيرات، يمكن أن تتأثر هذه الأنظمة والكائنات الحية الموجودة بداخلها بشكل كبير، مما يؤدي إلى تغيير ديناميكيات أو إنتاجية تلك الموائل المائية.

ويمكن أن يؤثر تحمض المحيطات الذي يعزى إلى زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تأثيراً كبيراً على الكائنات الحية مثل الشعاب المرجانية التي تعتمد بشكل كبير على التكلس لبناء الشعاب المرجانية. كما أن التخثث البشري المنشأ، الذي يؤدي إلى درجة عالية من تحميل ثاني أكسيد الكربون بسبب قربها من اليابسة، قد يسرع بشكل كبير من عملية التحمض في مسطح مائي ما، مما يؤثر على الشعاب المرجانية بل ويؤدي إلى تدهورها. يمكن أن تعطي مراقبة الشعاب المرجانية أو الأنهار وتدفقات المياه الأخرى التي تتسرب إلى البيئات القريبة من الشاطئ باستخدام جهاز MantaPlus متعدد المجسات المزود بمستشعر ثاني أكسيد الكربون، مؤشرًا جيدًا للتغير المتوقع في نظام الشعاب المرجانية. وهذا يمكن أن يفيد المنظمين لإعادة توجيه أو إبطاء أو التحكم بشكل أفضل في المدخلات البشرية المنشأ للحفاظ على سلامة هذه الموائل.

تخزين احتجاز الكربون (CCS) هو عملية ضخ ثاني أكسيد الكربون في طبقات المياه الجوفية المالحة العميقة بغرض إزالة الكربون من المياه السطحية أو الغلاف الجوي. وهذه المياه العميقة معزولة عن تبادل الكربون باعتبارها أحد المصارف الرئيسية لثاني أكسيد الكربون. يمكن أن تصل نسبة الكربون في طبقات المياه الجوفية إلى 10% من ثاني أكسيد الكربون (100,000 جزء في المليون)، أي أكثر من 200 ضعف المستويات الجوية. ولضمان بقاء ثاني أكسيد الكربون في العمق، فإن مراقبة طبقات المياه الجوفية والمياه الجوفية والسطحية أمر بالغ الأهمية. إن جهاز MantaPlus المزود بمستشعر ثاني أكسيد الكربون هو أداة كشف منخفضة التكلفة وقوية لضمان بقاء ثاني أكسيد الكربون في العمق.

وتستخدم صناعة الوقود الحيوي ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لزراعة الطحالب على نطاق واسع لإنتاج الوقود. ولإقامة مزرعة طحالب بشكل مناسب، يجب إجراء قياسات لثاني أكسيد الكربون في الموقع أثناء الاختبار على نطاق تجريبي لتحديد المستويات المثلى لزراعة الطحالب، وتعظيم كفاءة المزرعة أو إنتاجية الطحالب. وبمجرد إنشاء المزرعة وتشغيلها، يجب أيضًا تنظيم فقدان ثاني أكسيد الكربون للامتثال لقوانين انبعاثات الكربون الموضوعة لهذا النوع من الصناعة. تؤدي الطبيعة واسعة النطاق لهذه المزارع إلى تغيرات واسعة النطاق لثاني أكسيد الكربون في الموقع والتي يمكن اكتشافها بسهولة ودقة باستخدام مجس MantaPlus متعدد المجسات المزود بمستشعر ثاني أكسيد الكربون.