Czujniki dwutlenku węgla C02: Monitorowanie jakości wody

Dlaczego miałbym mierzyć CO₂?

Dwutlenek węgla może przedostawać się do wody wieloma drogami. Niektóre główne źródła lądowe mogą obejmować rozkład materii organicznej, rozpuszczanie skał węglanowych, odprowadzanie ścieków i osuszanie działów wodnych. Inne naturalne źródła obejmują oddychanie biologiczne, diagenezę osadów lub aktywność wulkaniczną. Głównym źródłem/pochłaniaczem CO₂ jest wymiana atmosferyczna na granicy powietrze/woda. Po prostu dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie.

Wzrost stężenia CO₂ w wodzie powoduje spadek pH. Ponieważ wiele procesów biologicznych, chemicznych i fizycznych zależy od pH, nagłe lub szybkie zmiany pH mogą mieć niekorzystny wpływ na regulację tych procesów. Oprócz wpływu na pH, wykazano, że wysokie poziomy CO₂ są szkodliwe dla rozwoju niektórych organizmów, takich jak ryby, skorupiaki i inne organizmy wapienne, w tym fitoplankton.

Jak mierzony jest poziom CO₂?

The Solinst Eureka C02 łączy w sobie wytrzymałą konstrukcję, łatwość obsługi i wszechstronność, a wszystko to w jednym pakiecie czujników. Pomiar gazu rozpuszczonego w cieczy jest ułatwiony dzięki półprzepuszczalnej membranie, która pozwala gazom przenosić się z wody do przestrzeni gazowej, w której dokonywany jest pomiar. Wynikowa wartość jest wyprowadzana jako napięcie od 0 do 5 V, proporcjonalne i reprezentujące szacunkową ilość gazu CO₂ w analizowanej próbce wody. MantaPlus konwertuje dane wyjściowe na %Sat lub ppm.

Zakres czujnika można ustawić niestandardowo, aby zmaksymalizować dokładność. Czujnik C02 jest dostarczany z fabryczną kalibracją.

Dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Zgodnie z prawem rozpuszczalności Henry’ego, które mówi, że rozpuszczalność gazu w cieczy jest wprost proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego gazu nad cieczą, możemy oszacować stężenie CO₂ w wodzie, mierząc ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/rozpuszczalność. Przy obecnych poziomach atmosferycznego CO₂ przekraczających 400 ppm, w porównaniu z odnotowanymi wartościami ~300 ppm około 1960 roku (wzrost o ponad 30%), spodziewamy się, że poziomy wody morskiej będą miały wyższe stężenia, ponieważ węgiel może zostać uwięziony w warstwach wody. Te odizolowane warstwy są ograniczone od atmosferycznej równowagi/wymiany, co prowadzi do gromadzenia się CO₂, który może powoli dyfundować przez gradienty lub szybko mieszać się w słupie wody.

Co należy wiedzieć o pomiarze CO₂ w terenie?

Mikrosondy MantaPlus wyposażone w czujniki CO₂ są wykorzystywane do badań w wielu różnych zastosowaniach – akwakulturze, monitorowaniu ścieków, monitorowaniu raf, wychwytywaniu dwutlenku węgla i biopaliwach, aby wymienić tylko kilka.

W przypadku farm akwakultury, MantaPlus z sondą C-sense może być z łatwością używany do monitorowania, zarówno w wodach otwartych, jak i zbiornikach, w celu zapewnienia, że CO₂, wraz z innymi parametrami jakości wody, znajduje się na pożądanych poziomach. Systemy odbierające dane z MantaPlus mogą ostrzegać naukowców zajmujących się akwakulturą o zmieniających się poziomach CO₂ w gospodarstwie.

Ścieki często charakteryzują się wysokim obciążeniem organicznym, co może skutkować szybkim rozkładem i wytwarzaniem CO₂ na poziomie około 10 000 ppm w przypadku niektórych stawów hodowlanych. Te poziomy CO₂ są 20 razy wyższe niż typowe poziomy CO₂ występujące w naturalnej wodzie. W przypadku wycieku do naturalnych dróg wodnych, takich jak ujścia rzek, rzeki lub jeziora, systemy te i znajdujące się w nich organizmy mogą ulec znacznemu pogorszeniu, zmieniając dynamikę lub produktywność siedlisk wodnych.

Zakwaszenie oceanów przypisywane rosnącym poziomom atmosferycznego CO₂ może w znacznym stopniu wpływać na organizmy takie jak koralowce, które w dużym stopniu zależą od zwapnienia przy budowie raf. Ponadto, ze względu na bliskość lądu, antropogeniczna eutrofizacja, która powoduje wysoki stopień obciążenia CO₂, może znacznie przyspieszyć proces zakwaszania w zbiorniku wodnym, wpływając, a nawet degradując rafy koralowe. Monitorowanie raf lub rzek i innych przepływów wody, które rozlewają się do środowisk przybrzeżnych za pomocą wielosondowego sprzętu MantaPlus z czujnikiem CO₂, może dać dobre wskazanie oczekiwanych zmian w systemie rafowym. Może to informować organy regulacyjne, aby przekierowały, spowolniły lub lepiej kontrolowały antropogeniczny wkład w celu utrzymania integralności tych siedlisk.

Przechwytywanie dwutlenku węgla (CCS) polega na pompowaniu dwutlenku węgla do głębokich solankowych warstw wodonośnych w celu usunięcia dwutlenku węgla z wód powierzchniowych lub atmosfery. Te głębokie wody są odizolowane od wymiany węgla, co czyni je jednym z głównych pochłaniaczy CO₂. W warstwach wodonośnych może znajdować się do 10% CO₂ (100 000 ppm), czyli ponad 200 razy więcej niż w atmosferze. Aby zapewnić, że CO₂ pozostanie na głębokości, monitorowanie warstw wodonośnych, wód gruntowych i powierzchniowych ma kluczowe znaczenie. MantaPlus z czujnikiem CO₂ to niedrogie i solidne narzędzie do wykrywania, które zapewnia, że CO₂ pozostaje sekwestrowany.

Przemysł biopaliwowy wykorzystuje atmosferyczny CO₂ do hodowli glonów na dużą skalę w celu produkcji paliw. Aby odpowiednio skonfigurować farmę glonów, podczas testów na skalę pilotażową należy wykonać pomiary in situ p CO₂, aby określić optymalne poziomy dla uprawy glonów, maksymalizując wydajność farmy lub produktywność glonów. Po uruchomieniu farmy utrata CO₂ również musi być regulowana, aby zachować zgodność z przepisami dotyczącymi emisji dwutlenku węgla ustanowionymi dla tego rodzaju przemysłu. Wielkoskalowy charakter tych farm prowadzi do dużych zmian pCO₂ in situ, które można łatwo i dokładnie wykryć za pomocą sondy wielopunktowej MantaPlus wyposażonej w czujnik CO₂.