Liuenneen hapen anturit: Veden laadun seuranta
Solinst Eureka
2113 Wells Branch Pkwy, Suite 4400
Austin, TX, USA
78728
Tel: +1 512-302-4333
Fax: +1 512-251-6842
email: [email protected]
Mitä on liuennut happi?
Nestemäinen vesi on vesimolekyylien löyhä matriisi. Jos vesi, jossa ei ole happea, joutuu kosketuksiin hapenlähteen, kuten ilmakehän, kanssa, happi siirtyy hitaasti vesimolekyylien matriisin aukkoihin. Tätä happea kutsutaan liuenneeksi hapeksi (DO); se on sama asia kuin ruokasuolan liukeneminen veteen. Veteen liuennut happi on peräisin ilmakehästä ja/tai vedessä olevista fotosynteettisistä organismeista (levistä).
Miksi haluaisin mitata liuennutta happea?
Ihmisten tavoin kalojen ja muiden vesieläinten on hengitettävä happea elääkseen, ja ne ovat sopeutuneet hengittämään veteen liuennutta happea ilmakehän hapen sijasta. Riistakalat, kuten taimenet, vaativat korkeita DO-pitoisuuksia; karkeat kalat, kuten karppi, voivat elää alhaisemmilla DO-pitoisuuksilla. Kalakuolemat johtuvat usein alhaisista DO-tasoista, jotka ironisesti johtuvat usein ennen kuolemaa veteen happea lisänneen levän hajoamisesta.
DO vaikuttaa myös veden peruskemiaan. Hyvin hapekkaat vedet suosivat kemikaalien hapettunutta muotoa, heikosti hapekkaat vedet kemikaalien pelkistynyttä muotoa. Esimerkiksi hapekkaat vedet suosivat rikkiä sulfaattimuodossa (SO4), kun taas hapettomat vedet suosivat rikkiä rikkivedyn (H2S) muodossa. Sulfaatti on hyvänlaatuinen aine, mutta rikkivety on myrkkyä.
Lähes nollatason DO-pitoisuuksia esiintyy usein vesistön pohjalle kertyneessä sedimentissä. Tämä kemiallisesti pelkistävä tila auttaa sitomaan ravinteita ja metalleja sedimenttiin.
Muutokset pitkäaikaisissa DO:n kehityssuuntauksissa voivat merkitä tarvetta veden ja sen epäpuhtauslähteiden yksityiskohtaisempaan kemialliseen tutkimiseen.
Miten DO (liuennut happi) mitataan?
DO:n mittaamiseen käytetään yleisesti kahdenlaisia antureita. Perinteinen Clark-kenno koostuu kahdesta elektrodista, joita ympäröi vesipohjainen elektrolyyttiliuos ja jotka on peitetty happea läpäisevällä kalvolla. Kun happi kulkee kalvon läpi liuetakseen elektrolyyttiin, se kuluu kemiallisessa reaktiossa, joka synnyttää pienen sähkövirran kahden elektrodin välille. Tämä virta on suoraan verrannollinen vesinäytteen happimäärään. Tätä menetelmää kuvataan tarkemmin standardimenetelmässä 4500-O G. Eureka ei enää tarjoa tämäntyyppistä anturia.
Toinen DO-anturityyppi on Eurekan HDO:n kaltainen optinen DO-anturi, jossa sininen valo kohdistuu happiaktiiviseen yhdisteeseen, joka on stabiloitu happea läpäisevään polymeeriin. Sininen valo saa happiaktiivisen yhdisteen fluoresoimaan – eli se imee energiaa sinisen valon muodossa ja lähettää sitten energiaa punaisena valona. Happi vaimentaa fluoresenssin – eli punaisen valon emissio vähenee, jos happimolekyylit häiritsevät happiaktiivista yhdistettä. Mitä enemmän happea on läsnä, sitä pienempi on tuotetun punaisen valon määrä.
Kun polymeerinen anturipinta altistuu vedelle, happi diffundoituu anturipintaan vedessä olevan hapen määrän (”osapaineen”) mukaan. Näin ollen anturin vastaanottaman punaisen valon määrä on suoraan verrannollinen vedessä olevan hapen määrään. Punaisen valon signaali on kalibroitu oikeisiin DO-yksiköihin.
Optisista DO-antureista on tullut standardi, ja niitä suositaan Clark-kennojen sijaan, koska niiden kalibrointivirhe kentällä on vähäinen, ne eivät ole virtausherkkiä (kiertovesipumpun käyttöä ei tarvita) eivätkä ne vaadi vaikeita kalvonvaihtoja, jotka ärsyttävät Clark-anturin käyttäjiä. EPA hyväksyi 1. heinäkuuta 2007 ASTM:n kansainvälisen menetelmän D888-05, Standard Test Methods for Dissolved Oxygen in Water for Dissolved Oxygen for Dissolved Oxygen in Water (Veden liuenneen hapen vakiotestausmenetelmät) DO:n mittaamiseen 40 CFR 136 -asetuksen mukaisesti, minkä ansiosta optiset DO-anturit ovat hyväksyttäviä valtion virastojen käyttöön.
Esimerkiksi järveen tai jokeen liuenneen hapen määrä riippuu useista muuttujista. Mitä korkeampi ilmanpaine on, sitä enemmän happea voi liueta veteen. Mitä korkeampi veden lämpötila on, sitä vähemmän happea voi liueta veteen.
Jos vesi on imenyt itseensä niin paljon happea kuin se voi tietyssä lämpötilan ja ilmanpaineen yhdistelmässä, veden sanotaan olevan hapella kyllästettyä. Jos happea ei keskimäärin siirry veteen tai vedestä pois, veden hapen sanotaan olevan tasapainossa ilmakehän hapen kanssa.
Liuennut happi (DO) ilmoitetaan yleisesti kahdessa yksikössä. DO-pitoisuus on veteen liuenneen hapen paino, ja se ilmoitetaan muodossa mg/l tai ppm. DO:n prosentuaalinen kyllästysaste on vedessä olevan hapen suhde siihen hapen enimmäismäärään, joka voi liueta vesinäytteeseen samoissa olosuhteissa, ja se ilmoitetaan kyllästysasteena %.
Vanhemmat Clark Cell -anturit kalibroitiin perinteisesti vedellä kyllästetyssä ilmassa, mutta kalibrointi ilmalla kyllästetyssä vedessä on yleistymässä. Jälkimmäinen tehdään ravistelemalla puoli litraa vettä yhden litran astiassa minuutin ajan ja odottamalla sitten minuutin ajan, että kuplat nousevat pintaan ja katoavat. DO-anturi upotetaan kyseiseen veteen ja sen annetaan vakiintua. Kun veden lämpötila ja ilmanpaine tunnetaan, laite voi määrittää veden DO-tason, koska se tietää, että vesi on hapen kyllästämää. Laite asettaa DO-anturin lukeman sen mukaisesti.
DO Liuenneen hapen anturit
Vedenlaadun mittausantureissa.
- Vaihteluväli
0-50 mg/l
0-500 % kyllästysasteesta. - Tarkkuus
±0,1 mg/l (0-20 mg/l), ±0,15 mg/l (20-30 mg/l) ja ±5 % lukemasta (30-50 mg/l). - Päätöslauselma
0,01 mg/l ja 0,1 % kyllästyminen - Yksiköt
mg/l (ppm), kyllästysprosenttia - Kalibrointi
yksi piste ilmalla kyllästetyssä vedessä tai
kaksi pistettä (ilmalla kyllästetty vesi ja nolla). - Huolto
puhdistus ja kalibrointi; anturin kärjen vaihto (käyttöikä yli 5 vuotta). - Anturin käyttöikä
6+ vuotta - Anturin tyyppi
optinen anturi, elinikäinen luminesenssimenetelmä - Paineen raja
200 metriä vettä
Menestystapaukset
Kuivan kaupunkijärven korkean resoluution ajallinen seuranta
Tempe Town Lake on tekojärvi, joka sijaitsee lähellä Tempen kaupungin ydinkeskustaa ja on peräisin Salt-joen patoamisesta. Se rakennettiin vuonna 1999 pääasiassa virkistyskäyttöön, kuten kalastukseen ja veneilyyn. Järvi on Arizonan toiseksi suosituin matkailunähtävyys, jonka kumulatiivinen taloudellinen vaikutus on ollut yli 1,5 miljardia dollaria sen perustamisesta lähtien, joten sen elinkelpoisuuden seuranta ja ylläpito on erittäin tärkeää. Vuodesta 2005 lähtien sen vedenlaatua on seurattu pitkäaikaisesti. Liuenneen hapen pitoisuudet ovat yleensä yli 5 mg/l, mikä viittaa siihen, että järvi ei ole rehevöitynyt. Järvi on myös emäksinen, ja sen keskimääräinen pH-arvo on noin 8. Tämä johtuu todennäköisesti järven korkeasta tuottavuudesta ja karbonaattipitoisesta peruskalliosta.
Aiheeseen liittyvät tuotteet
Manta-sarjan vedenlaatuanturit
Solinst Eureka tarjoaa alan laajimman valikoiman vedenlaadun anturiteknologioita. Vakiokokoonpanojen lisäksi jokainen anturi voidaan siis räätälöidä juuri sinun sovellukseesi sopivaksi. Valitse haluamasi anturit, jotta voit täyttää suuremmat anturit kokonaan, tai lisää akkupaketti muuttaaksesi anturin kirjauslaitteeksi.
Manta Trimeter vedenlaadun koetin
The Trimeter sisältää minkä tahansa anturin* anturiparametrien luettelosta, sekä lämpötila- ja syvyysanturit (molemmat ovat valinnaisia). Trimetri-kokoonpanossa voi olla esimerkiksi sameus, lämpötila ja syvyys. Toinen esimerkki voisi olla DO ja lämpötila.
EasyProbe: ProbeProbe: Vedenlaatumittarit
The EasyProbe, jonka valmistaja on Solinst Eureka, on suorituskykyinen ja kustannustehokas vedenlaadun valvontalaite. Se sopii erinomaisesti pistokokeisiin, etätelemetriaan, koulutukseen, tutkimukseen, vesiviljelyyn ja muuhun. EasyProbe20 sisältää anturit lämpötilalle, liuenneelle hapelle, sähkönjohtavuudelle ja pH:lle, kun taas EasyProbe30 sisältää lisäksi sameusanturin. Eurekan monisondit tunnetaan luotettavuudestaan, sillä kaikilla antureilla on kolmen vuoden takuu, ja niiden ylläpitokustannukset ovat alan alhaisimmat.
Vedenpinnan korkeuden, lämpötilan ja johtokyvyn tallentaminen
The Levelogger 5 LTC mittaa ja kirjaa vedenpinnan vaihtelut, lämpötilan ja sähkönjohtavuuden. Se on ohjelmoitu tallentamaan jopa 2 sekunnin välein. Laitteessa on 8 vuoden akku, 100 000 lukusarjan muisti ja 6 painealuetta. PFAS-vapaa pinnoite (sisältä ja ulkoa) takaa erinomaisen korroosion- ja kulutuskestävyyden.
TLC-mittari – Mittaa tarkka lämpötila, taso ja johtokyky
A TLC-mittari tarjoaa tarkat ja vakaat lämpötila- ja johtavuusmittaukset, jotka näkyvät kätevällä LCD-näytöllä helppolukuisina. Staattinen vedenkorkeus ja lukemien syvyys luetaan Solinstin litteältä nauhalta, joka on merkitty laserilla tarkasti mm:n tai 1/100 ft:n välein. Nauhan pituus on saatavana 300 m:n (1000 ft) pituisena.
