C02 Hiilidioksidianturit: Veden laadun seuranta

Miksi haluaisin mitata CO₂-arvoa?

Hiilidioksidi voi päästä veteen useita eri reittejä pitkin. Joitakin ensisijaisia maalta peräisin olevia lähteitä voivat olla orgaanisen aineksen hajoaminen, karbonaattikivien liukeneminen, jätevesipäästöt ja valuma-alueiden kuivatus. Muita luonnollisia lähteitä ovat biologinen hengitys, sedimentin diagenoosi tai vulkaaninen toiminta. Tärkein CO₂:n lähde/säiliö on ilmakehän vaihto ilman ja veden rajapinnalla. Yksinkertaisesti hiilidioksidikaasu liukenee veteen.

CO₂-pitoisuuden nousu vedessä aiheuttaa pH:n laskun. Koska monet biologiset, kemialliset ja fysikaaliset prosessit ovat riippuvaisia pH:sta, äkillisillä tai nopeilla pH:n muutoksilla voi olla haitallisia vaikutuksia näiden prosessien säätelyyn. pH-vaikutusten ohella korkeiden CO₂-pitoisuuksien on osoitettu olevan haitallisia tiettyjen eliöiden, kuten kalojen, simpukoiden ja muiden kalkkia tuottavien eliöiden, myös kasviplanktonin, kehitykselle.

Miten CO₂-arvoa mitataan?

The Solinst Eureka C02-anturissa yhdistyvät kestävä rakenne, helppokäyttöisyys ja monipuolisuus, kaikki yhdessä anturipaketissa. Nesteeseen liuenneen kaasun mittaamista helpottaa puoliläpäisevä kalvo, joka sallii kaasujen siirtymisen vedestä kaasupäätilaan, jossa mittaus tehdään. Tuloksena saatava arvo annetaan jännitteenä 0-5 voltin välillä, joka on verrannollinen ja edustaa arviota CO₂-kaasun määrästä analysoidussa vesinäytteessä. MantaPlus muuntaa ulostulon %Sat:ksi tai ppm:ksi.

Anturin kantama voidaan asettaa mukautetusti tarkkuuden maksimoimiseksi. C02-anturin mukana toimitetaan tehdaskalibrointi.

Hiilidioksidikaasu liukenee veteen: (g) ↔ CO₂ (aq). Henryn liukoisuuslain mukaan, jonka mukaan kaasun liukoisuus nesteeseen on suoraan verrannollinen kaasun osapaineeseen nesteen yläpuolella, voimme arvioida CO₂:n pitoisuuden vedessä mittaamalla hiilidioksidin osapaineen (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/Liukoisuus. Koska ilmakehän CO₂-pitoisuus on nykyisin yli 400 ppm, kun se oli noin 300 ppm vuoden 1960 tienoilla (yli 30 %:n nousu), odotamme, että meriveden pitoisuudet ovat korkeampia, koska hiilidioksidi voi jäädä vesikerroksiin. Nämä eristetyt kerrostumat ovat rajoitettuja ilmakehän tasapainottumiselta/vaihdolta, mikä johtaa CO₂:n kertymiseen, joka voi hitaasti diffundoitua kaltevuuserojen yli tai sekoittua nopeasti vesipatsaan läpi.

Mitä minun pitäisi tietää CO₂:n mittaamisesta kentällä?

MantaPlus-monisondit CO₂-antureilla varustettuja antureita käytetään tutkimukseen monissa eri sovelluksissa – esimerkiksi vesiviljelyssä, jätevesien seurannassa, riuttojen seurannassa, hiilidioksidin talteenotossa ja biopolttoaineissa.

Vesiviljelylaitoksilla C-sense-anturilla varustettua MantaPlus-mittaria voidaan helposti käyttää sekä avoveden että altaiden valvontaan, jotta voidaan varmistaa, että CO₂ ja muut vedenlaatuparametrit ovat halutulla tasolla. MantaPlus-järjestelmästä tietoja vastaanottavat järjestelmät voivat varoittaa vesiviljelyn tutkijoita muuttuvista CO₂-tasoista tilalla.

Jäteveden orgaaninen kuormitus voi usein olla suuri, mikä voi johtaa nopeaan hajoamiseen ja p CO₂:n muodostumiseen noin 10 000 ppm:n tasolle tietyissä pitoaltaissa. Nämä CO₂-pitoisuudet ovat 20-kertaiset luonnonveden tyypillisiin CO₂-pitoisuuksiin verrattuna. Jos se vuotaa luonnollisiin vesistöihin, kuten suistoihin, jokiin tai järviin, se voi vaikuttaa suuresti näihin järjestelmiin ja niiden sisältämiin organismeihin ja muuttaa kyseisen vesielinympäristön dynamiikkaa tai tuottavuutta.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden noususta johtuva valtamerten happamoituminen voi vaikuttaa suuresti organismeihin, kuten koralleihin, jotka ovat erittäin riippuvaisia kalkinmuodostuksesta riuttojen rakentamisessa. Koska meret sijaitsevat lähellä maata, ihmisen aiheuttama rehevöityminen, joka johtaa korkeaan CO₂-kuormitukseen, voi myös nopeuttaa merkittävästi happamoitumisprosessia vesistössä, mikä vaikuttaa koralliriuttoihin ja jopa heikentää niitä. Hiilidioksidianturilla varustetun MantaPlus-monisondilaitteiston avulla toteutettu riuttojen tai jokien ja muiden rannikon läheiseen ympäristöön valuvien vesivirtojen seuranta voi antaa hyviä viitteitä riuttajärjestelmässä odotettavissa olevista muutoksista. Tämä voi antaa sääntelyviranomaisille tietoa siitä, miten ihmisen aiheuttamaa virtausta voidaan ohjata, hidastaa tai valvoa paremmin, jotta näiden elinympäristöjen eheys säilyy.

Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (Carbon Capture Storage, CCS) tarkoittaa hiilidioksidin pumppaamista syviin suolaisiin pohjavesikerrostumiin hiilen poistamiseksi pintavesistä tai ilmakehästä. Nämä syvänteet on eristetty hiilidioksidin vaihdosta, minkä vuoksi ne ovat yksi tärkeimmistä hiilidioksidinieluista. Pohjavesikerrosten hiilidioksidipitoisuus voi nousta jopa 10 prosenttiin (100 000 ppm), mikä on yli 200-kertainen määrä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen verrattuna. Jotta voidaan varmistaa, että CO₂ pysyy syvyydessä, pohjavesikerrosten, pohja- ja pintavesien seuranta on ratkaisevan tärkeää. CO₂-anturilla varustettu MantaPlus on edullinen ja vankka havaintoväline, jolla varmistetaan, että CO₂ pysyy sidottuna.

Biopolttoaineteollisuudessa käytetään ilmakehän hiilidioksidia levien kasvattamiseen suuressa mittakaavassa polttoaineiden tuotantoa varten. Jotta leväkasvattamo voitaisiin perustaa asianmukaisesti, on pilottimittakaavan testauksen aikana tehtävä in situ p CO₂ -mittauksia, jotta voidaan määrittää optimaaliset tasot levien kasvattamiselle ja maksimoida kasvattamon tehokkuus tai levien tuottavuus. Kun kasvattamo on otettu käyttöön ja toiminnassa, CO₂-häviöitä on myös säänneltävä, jotta voidaan noudattaa tämäntyyppiselle teollisuudelle asetettuja hiilidioksidipäästöjä koskevia lakeja. Näiden viljelylaitosten laajamittainen luonne johtaa laajamittaisiin muutoksiin pCO₂:ssa, jotka voidaan havaita helposti ja tarkasti käyttämällä CO₂-anturilla varustettua MantaPlus-monisondianturia.