Sensorer för total upplösning av gas: Övervakning av vattenkvalitet

Varför skulle jag vilja mäta total upplöst gas?

Total upplöst gas (TDG) är summan av partialtrycken för alla gaser i ett vattenprov. Normalt kommer summan av gaspartialtrycken att vara ca en atmosfär (15 psi) för allt vatten som exponeras för atmosfären. Partialtrycket för varje gas är detsamma som gasens bidrag till atmosfärstrycket, d.v.s. ca 20 % syre, 79 % kväve och 1 % spårgaser.

Vissa naturfenomen kan dock ändra summan av partialtrycken och de relativa beståndsdelarna i gasblandningen. En algkoloni kan t.ex. höja syrets partialtryck från 20 % av det totala trycket till 60 % eller mer av det totala trycket när algerna skapar syre under fotosyntesen. Samma alger kan minska det totala trycket av upplöst gas till farligt låga nivåer när de förbrukar syre under sin andningsfas.

Det vanligaste skälet till att mäta total upplöst gas är att upptäcka onormala gastryck som orsakas av turbulent vatten, t.ex. i utskovet på en damm. Vatten som faller långt innan det stänker ner i en sjö eller flod kan dra med sig tillräckligt med gas för att fördubbla den totala mängden upplöst gas i den berörda vattenvolymen. Och när fiskar simmar in i och ut ur den avvikande höga totala mängden upplöst gas i vattnet kan plötsliga minskningar av den totala mängden upplöst gas leda till att blodkärlen i gälarna brister, och plötsliga ökningar av den totala mängden upplöst gas kan leda till att simblåsorna spricker.

Förändringar i långsiktiga trender för total upplöst gas kan signalera behovet av mer detaljerade kemiska studier av vattnet och dess föroreningskällor.

Hur mäts TDG Total Dissolved Gas (total upplöst gas)?

Total upplöst gas mäts genom att skapa en liten gasficka intill en tryckomvandlare och isolera gasfickan från vattnet med ett polymermembran. Eftersom membranet är genomsläppligt för gaser måste det råda jämvikt mellan partialtrycken för gaserna i gasfickan och gaserna i vattnet

Om sensorn för total upplöst gas befinner sig i luft bör den ge ett värde som ligger nära det lokala barometertrycket (ca 760 mm Hg vid havsnivå). Om sensorn är nedsänkt i vatten som är i jämvikt med luften kommer avläsningen inte att ändras. Om sensorn är nedsänkt i vatten som inte är i jämvikt med luften, kommer sensoravläsningen att justeras uppåt eller nedåt när gasen färdas över membranet för att nå partialtrycksjämvikt med vattnet.

Givare för total upplöst gas är fabrikskalibrerade för lutningsrespons, men måste ibland omkalibreras för nollställning. Detta görs genom att kalibrera givaren till det lokala barometertrycket i luft.

Vad bör jag veta om TDG Total Dissolved Gas-mätning i fält?

Det är viktigt att komma ihåg att sensorn för total upplöst gas har ett polymermembran som tenderar att absorbera vatten. Vattenabsorptionen gör det svårt för gasmolekylerna att passera genom membranet, vilket gör att svarstiden blir långsammare. Förändringen kan vara betydande, från 5 minuter för ett nyss nedsänkt membran till 30 minuter eller mer för ett membran som har legat i vatten i några timmar.

I vissa fall kommer vattenånga (som är en gasbeståndsdel, precis som syre och kväve) att kondensera inuti gasfickan. Detta fördröjer svarstiden ytterligare eftersom det instängda vattnet också måste bringas i jämvikt varje gång den totala upplösta gasen ändras utanför membranet. Som en lösning på detta problem kan fuktiga membran för total upplöst gas tas bort och torkas i luft under en eller två dagar, efter att eventuellt kondensat inuti membranet har skakats ut. Om instrumentet måste tas i bruk omedelbart kan membranet för total upplöst gas också bytas ut mot ett nytt, torrt membran. Membranspetsar som är lätta att byta ut finns tillgängliga till en nominell kostnad.