C02 Koldioxid sensorer: Övervakning av vattenkvalitet

Varför skulle jag vilja mäta CO₂?

Koldioxid kan komma in i vattnet på flera olika sätt. Några primära källor på land kan vara nedbrytning av organiskt material, upplösning av karbonatbergarter, utsläpp av avloppsvatten och dränering av vattendrag. Andra naturliga källor är biologisk andning, diagenes i sediment eller vulkanisk aktivitet. En viktig källa och sänka för koldioxid är atmosfäriskt utbyte vid gränssnittet mellan luft och vatten. Koldioxidgas löser sig helt enkelt i vatten.

En ökning av CO₂-koncentrationen i vattnet leder till en sänkning av pH-värdet. Eftersom många biologiska, kemiska och fysikaliska processer är pH-beroende kan plötsliga eller snabba förändringar av pH-värdet ha negativa effekter på regleringen av dessa processer. Förutom pH-effekter har höga halter av koldioxid visat sig vara skadliga för utvecklingen av vissa organismer, t.ex. fiskar, skaldjur och andra kalkbildande organismer, inklusive växtplankton.

Hur mäts CO₂?

Solinst Eureka Solinst Eureka C02-sensor kombinerar en robust design, användarvänlighet och mångsidighet, allt i ett enda sensorpaket. Mätningen av en gas som är upplöst i en vätska underlättas av ett semipermeabelt membran som gör att gaser kan överföras från vatten till ett gashuvudutrymme där mätningen görs. Det resulterande värdet matas ut som en spänning på 0-5 volt, som är proportionell mot och representerar en uppskattning av mängden CO₂-gas i det analyserade vattenprovet. MantaPlus omvandlar utmatningen till %Sat eller ppm.

Givarens intervall kan ställas in för att maximera noggrannheten. C02-sensorn levereras med en fabrikskalibrering.

Koldioxidgas löser sig i vatten: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Enligt Henrys löslighetslag, som säger att lösligheten av en gas i en vätska är direkt proportionell mot partialtrycket av gasen ovanför vätskan, kan vi uppskatta CO₂-koncentrationen i vatten genom att mäta partialtrycket av koldioxid (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq / Löslighet. Med nuvarande atmosfäriska CO₂-nivåer som överstiger 400 ppm, jämfört med registrerade värden på ~ 300 ppm runt 1960 (mer än 30% ökning), förväntar vi oss att havsvattennivåerna ska ha högre koncentrationer eftersom kol kan fångas i vattenskikt. Dessa isolerade lager är begränsade från atmosfärisk jämvikt / utbyte vilket leder till en uppbyggnad av CO₂ som långsamt kan diffundera över gradienter eller snabbt blandas genom vattenpelaren.

Vad bör jag veta om CO₂-mätning i fält?

MantaPlus multiprober utrustade med CO₂-sensorer används för forskning inom en mängd olika tillämpningar – vattenbruk, övervakning av avloppsvatten, revövervakning, lagring av koldioxid och biobränslen, för att nämna några.

För vattenbruksanläggningar kan MantaPlus med C-sense-sond enkelt användas för att övervaka både öppet vatten och tankar för att säkerställa att CO₂, tillsammans med andra vattenkvalitetsparametrar, ligger inom önskade nivåer. System som tar emot data från MantaPlus kan varna vattenbruksforskare om förändrade CO₂-nivåer inom en odling.

Avloppsvatten kan ofta ha hög organisk belastning, vilket kan leda till snabb nedbrytning och produktion av p CO₂ uppåt cirka 10 000 ppm, för vissa uppsamlingsdammar. Dessa CO₂-nivåer är 20 gånger högre än de typiska CO₂-nivåer som finns i naturligt vatten. Om de läcker ut i naturliga vattendrag som flodmynningar, floder eller sjöar kan dessa system och de organismer som finns i dem påverkas kraftigt och förändra dynamiken eller produktiviteten i den akvatiska livsmiljön.

Havsförsurning till följd av ökande koldioxidnivåer i atmosfären kan ha stor inverkan på organismer som koraller, som är starkt beroende av förkalkning för att bygga rev. På grund av närheten till land kan även antropogen eutrofiering, som leder till hög koldioxidbelastning, påskynda försurningsprocessen i ett vattendrag, vilket påverkar och till och med förstör korallreven. Övervakning av rev eller floder och andra vattenflöden som rinner ut i strandnära miljöer med hjälp av en MantaPlus multisondutrustning med CO₂-sensor kan ge en god indikation på förväntade förändringar i ett revsystem. Detta kan informera tillsynsmyndigheter om att omdirigera, bromsa eller bättre kontrollera antropogen tillförsel för att upprätthålla integriteten hos dessa livsmiljöer.

CCS (Carbon Capture Storage) innebär att koldioxid pumpas ner i djupa saltvattenakviferer i syfte att avlägsna koldioxid från ytvatten eller atmosfären. Dessa djupa vatten är isolerade från koldioxidutbyte, vilket gör dem till en av de största sänkorna för koldioxid. Akvifererna kan nå upp till 10% CO₂ (100.000 ppm), mer än 200x atmosfäriska nivåer. För att säkerställa att CO₂ stannar kvar på djupet är övervakning av akviferer, grundvatten och ytvatten avgörande. MantaPlus med CO₂-sensor är ett billigt och robust detekteringsverktyg för att säkerställa att CO₂ förblir bundet.

Inom biobränsleindustrin används atmosfärisk CO₂ för att odla alger i stor skala för produktion av bränslen. För att på lämpligt sätt sätta upp en algodling måste CO₂-mätningar göras in situ under pilotskaletester för att fastställa optimala nivåer för algodling och maximera odlingens effektivitet eller algproduktivitet. När en odling väl är igång måste koldioxidförlusten också regleras för att följa de lagar om koldioxidutsläpp som gäller för denna typ av industri. Den storskaliga karaktären hos dessa odlingar leder till storskaliga förändringar av pCO₂ in situ, vilket enkelt och exakt kan detekteras med hjälp av MantaPlus multisond utrustad med CO₂-sensor.