Total Dissolve Gas Sensoren: Überwachung der Wasserqualität

Warum sollte ich das gesamte gelöste Gas messen wollen?

Der Gesamtgehalt an gelösten Gasen (TDG) ist die Summe der Partialdrücke aller Gase in einer Wasserprobe. Normalerweise beträgt die Summe der Gaspartialdrücke etwa eine Atmosphäre (15 psi) für jedes Wasser, das der Atmosphäre ausgesetzt ist. Der Partialdruck jedes Gases entspricht dem Anteil des jeweiligen Gases am atmosphärischen Druck, d.h. etwa 20% Sauerstoff, 79% Stickstoff und 1% Spurengase.

Bestimmte natürliche Phänomene können jedoch die Summe der Partialdrücke und die relativen Bestandteile des Gasgemischs verändern. So kann beispielsweise eine Algenkolonie den Sauerstoffpartialdruck von 20 % des Gesamtdrucks auf 60 % oder mehr des Gesamtdrucks erhöhen, da die Algen während der Photosynthese Sauerstoff erzeugen. Dieselben Algen können den Druck des gesamten gelösten Gases auf gefährlich niedrige Werte senken, wenn sie während ihrer Atmungsphase Sauerstoff verbrauchen.

Der häufigste Grund für die Messung des gesamten gelösten Gases ist die Erkennung von abnormalem Gasdruck, der durch turbulentes Wasser verursacht wird, z.B. in der Überlaufrinne eines Staudamms. Wasser, das über eine beträchtliche Entfernung fällt, bevor es in einen See oder Fluss plätschert, kann so viel Gas mitreißen, dass sich die Gesamtmenge der gelösten Gase in dem betroffenen Wasservolumen verdoppelt. Und wenn Fische in das anormal hohe Gesamtgasgehalt im Wasser hinein- und wieder herausschwimmen, kann ein plötzlicher Rückgang des Gesamtgasgehalts die Blutgefäße in den Kiemen zum Platzen bringen, und ein plötzlicher Anstieg des Gesamtgasgehalts kann die Schwimmblasen zum Platzen bringen.

Veränderungen in den langfristigen Trends des gesamten gelösten Gases können auf die Notwendigkeit einer detaillierteren chemischen Untersuchung des Wassers und seiner Kontaminationsquellen hinweisen.

Wie wird TDG (Total Dissolved Gas) gemessen?

Die Messung des gesamten gelösten Gases erfolgt durch die Schaffung einer kleinen Gastasche neben einem Druckwandler und die Isolierung dieser Gastasche vom Wasser mit einer Polymermembran. Da die Membran für Gase durchlässig ist, muss ein Gleichgewicht zwischen den Partialdrücken der Gase im Inneren der Gastasche und den Gasen im Wasser herrschen.

Wenn sich der Sensor für die Gesamtmenge der gelösten Gase in Luft befindet, sollte er einen Messwert in der Nähe des örtlichen Luftdrucks (etwa 760 mm Hg auf Meereshöhe) anzeigen. Wenn der Sensor in Wasser getaucht ist, das sich im Gleichgewicht mit der Luft befindet, ändert sich der Messwert nicht. Wenn der Sensor in Wasser eingetaucht ist, das sich nicht im Gleichgewicht mit der Luft befindet, wird sich der Messwert des Sensors nach oben oder unten verändern, wenn das Gas durch die Membran strömt, um das Partialdruckgleichgewicht mit dem Wasser zu erreichen.

Die Sensoren für gelöste Gase sind werkseitig für die Steilheit kalibriert, müssen aber gelegentlich für die Nullstellung neu kalibriert werden. Dies geschieht durch Kalibrierung des Sensors auf den örtlichen Luftdruck.

Was sollte ich über TDG Total Dissolved Gas Messung im Feld wissen?

Es ist wichtig, daran zu denken, dass die Polymermembran des Total Dissolved Gas Sensors dazu neigt, Wasser zu absorbieren. Die Wasseraufnahme erschwert es den Gasmolekülen, durch die Membran zu wandern, wodurch sich die Reaktionszeit verlangsamt. Die Veränderung kann beträchtlich sein, von 5 Minuten bei einer frisch eingetauchten Membran bis zu 30 Minuten oder mehr bei einer Membran, die bereits einige Stunden im Wasser gelegen hat.

In einigen Fällen kondensiert Wasserdampf (der genau wie Sauerstoff und Stickstoff ein Gasbestandteil ist) im Inneren der Gastasche. Dadurch wird die Reaktionszeit weiter verlangsamt, da das eingeschlossene Wasser jedes Mal, wenn sich die Gesamtmenge des gelösten Gases außerhalb der Membran ändert, ebenfalls ins Gleichgewicht gebracht werden muss. Um dieses Problem zu beheben, können durchnässte Total Dissolved Gas-Membranen entfernt und ein oder zwei Tage lang an der Luft getrocknet werden, nachdem das Kondensat in der Membran ausgeschüttelt wurde. Wenn das Gerät sofort wieder eingesetzt werden muss, kann die Total Dissolved Gas-Membran auch gegen eine frische, trockene ausgetauscht werden. Einfach zu ersetzende Membranspitzen sind gegen eine geringe Gebühr erhältlich.