Senzory oxidu uhličitého C02: Monitorování kvality vody

Proč bych měl měřit CO₂?

Oxid uhličitý se může do vody dostávat různými cestami. Mezi primární zdroje na pevnině může patřit rozklad organických látek, rozpouštění karbonátových hornin, vypouštění odpadních vod a odvodňování povodí. Mezi další přírodní zdroje patří biologická respirace, diageneze sedimentů nebo sopečná činnost. Významným zdrojem/pohlcovačem CO₂ je atmosférická výměna na rozhraní vzduch/voda. Jednoduše řečeno, plynný oxid uhličitý se rozpouští ve vodě.

Zvýšení koncentrace CO₂ ve vodě způsobuje pokles pH. Protože mnoho biologických, chemických a fyzikálních procesů závisí na pH, mohou mít náhlé nebo rychlé změny pH nepříznivé účinky na regulaci těchto procesů. Vedle vlivu na pH se ukázalo, že vysoké koncentrace CO₂ škodí vývoji některých organismů, jako jsou ryby, měkkýši a další vápenaté organismy včetně fytoplanktonu.

Jak se měří CO₂?

Senzor C02 Solinst Eureka kombinuje robustní konstrukci, snadné použití a všestrannost, a to vše v jediném balení senzoru. Měření plynu rozpuštěného v kapalině usnadňuje polopropustná membrána, která umožňuje plynům přecházet z vody do prostoru plynové hlavy, kde se provádí měření. Výsledná hodnota je na výstupu ve formě napětí 0 – 5 V, které je úměrné a představuje odhad množství plynu CO₂ v analyzovaném vzorku vody. Přístroj MantaPlus převádí výstup na %Sat nebo ppm.

Rozsah senzoru lze nastavit na míru, aby se maximalizovala přesnost. Snímač C02 se dodává s tovární kalibrací.

Plynný oxid uhličitý se rozpouští ve vodě: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Podle Henryho zákona rozpustnosti, který říká, že rozpustnost plynu v kapalině je přímo úměrná parciálnímu tlaku plynu nad kapalinou, můžeme koncentraci CO₂ ve vodě odhadnout změřením parciálního tlaku oxidu uhličitého (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/Rozpustnost. Vzhledem k tomu, že současná hladina CO₂ v atmosféře přesahuje 400 ppm ve srovnání se zaznamenanými hodnotami ~300 ppm kolem roku 1960 (více než 30% nárůst), očekáváme, že hladiny mořské vody budou mít vyšší koncentraci, protože uhlík může být zachycen ve vrstvách vody. Tyto izolované vrstvy jsou omezeny z hlediska atmosférické ekvilibrace/výměny, což vede k hromadění CO₂, který může pomalu difundovat přes gradienty nebo se rychle promíchávat ve vodním sloupci.

Co bych měl vědět o měření CO₂ v terénu?

Multisondy MantaPlus vybavené senzory CO₂ se používají pro výzkum v široké škále aplikací – například v akvakultuře, monitorování odpadních vod, monitorování útesů, ukládání uhlíku a biopaliv.

V akvakulturních chovech lze přístroj MantaPlus se sondou C-sense snadno použít k monitorování jak ve volné vodě, tak v nádržích, aby se zajistilo, že CO₂ a další parametry kvality vody jsou v požadovaných hodnotách. Systémy přijímající data ze sondy MantaPlus mohou vědce zabývající se akvakulturou upozornit na měnící se hladiny CO₂ na farmě.

Odpadní vody mohou mít často vysoké organické zatížení, což může mít za následek rychlý rozklad a produkci p CO₂ až kolem 10 000 ppm v případě některých zadržovacích rybníků. Tyto hodnoty CO₂ jsou 20x vyšší než typické hodnoty CO₂ v přírodní vodě. Pokud dojde k úniku do přírodních vodních toků, jako jsou ústí řek, řeky nebo jezera, mohou být tyto systémy a organismy v nich obsažené značně ovlivněny, což může změnit dynamiku nebo produktivitu daného vodního prostředí.

Okyselování oceánů způsobené zvyšující se hladinou CO₂ v atmosféře může mít velký dopad na organismy, jako jsou korály, které jsou při stavbě útesů velmi závislé na kalcifikaci. Také antropogenní eutrofizace, která má za následek vysoký stupeň zatížení CO₂, může vzhledem k jejich blízkosti k pevnině výrazně urychlit proces okyselování ve vodní nádrži a ovlivnit či dokonce degradovat korálové útesy. Monitorování útesů nebo řek a jiných vodních toků, které se rozlévají do prostředí v blízkosti pobřeží, pomocí vícesondového zařízení MantaPlus se senzorem CO₂ může poskytnout dobrou indikaci očekávaných změn v systému útesů. To může informovat regulační orgány, aby přesměrovaly, zpomalily nebo lépe kontrolovaly antropogenní vstupy a zachovaly tak integritu těchto stanovišť.

Zachycování a ukládání oxidu uhličitého (CCS) je činnost spočívající v čerpání oxidu uhličitého do hlubokých slaných vodonosných vrstev za účelem odstranění uhlíku z povrchových vod nebo atmosféry. Tyto hluboké vody jsou izolovány od výměny uhlíku, což je považuje za jeden z hlavních propadů CO₂. Obsah CO₂ ve vodonosných vrstvách může dosahovat až 10 % (100 000 ppm), což je více než 200násobek atmosférických hodnot. Aby se zajistilo, že CO₂ zůstane v hloubce, je velmi důležité monitorovat vodonosné vrstvy, podzemní a povrchové vody. MantaPlus se senzorem CO₂ je levný a robustní detekční nástroj, který zajistí, že CO₂ zůstane zachycen.

Průmysl biopaliv využívá atmosférický CO₂ k pěstování řas ve velkém měřítku pro výrobu paliv. Pro vhodné nastavení řasové farmy je třeba během testování v pilotním měřítku provést měření in situ p CO₂, aby se určily optimální úrovně pro pěstování řas a maximalizovala se účinnost farmy nebo produktivita řas. Po zprovoznění farmy je také třeba regulovat ztráty CO₂, aby byly v souladu se zákony o emisích uhlíku stanovenými pro tento typ průmyslu. Rozsáhlá povaha těchto farem vede k rozsáhlým změnám pCO₂ in situ, které lze snadno a přesně zjistit pomocí vícesondy The MantaPlus vybavené senzorem CO₂.