Sensorer for total oppløst gass: Overvåking av vannkvalitet

Hvorfor vil jeg måle total oppløst gass?

Total oppløst gass (TDG) er summen av partialtrykkene til alle gasser i en vannprøve. Normalt vil summen av partialtrykkene være omtrent én atmosfære (15 psi) for alt vann som er eksponert for atmosfæren. Partialtrykket for hver gass vil være det samme som gassens bidrag til atmosfæretrykket, dvs. ca. 20 % oksygen, 79 % nitrogen og 1 % sporgasser.

Visse naturfenomener kan imidlertid endre summen av partialtrykkene og de relative bestanddelene i gassblandingen. For eksempel kan en algekoloni øke partialtrykket av oksygen fra 20 % av det totale trykket til 60 % eller mer av det totale trykket når algene skaper oksygen under fotosyntesen. De samme algene kan redusere det totale oppløste gasstrykket til et farlig lavt nivå når de forbruker oksygen under respirasjonsfasen.

Den vanligste grunnen til å måle totalt oppløst gass er å oppdage unormale gasstrykk forårsaket av turbulent vann, for eksempel i overløpet til en dam. Vann som faller over en betydelig avstand før det spruter ut i en innsjø eller elv, kan ta med seg nok gass til å doble den totale mengden oppløst gass i det berørte vannvolumet. Og når fisk svømmer inn i og ut av vann med unormalt høy total oppløst gass, kan plutselige reduksjoner i total oppløst gass føre til at blodårene i gjellene sprekker, og plutselige økninger i total oppløst gass kan føre til at svømmeblæren sprekker.

Endringer i langtidstrender for totalt oppløst gass kan være et tegn på at det er behov for mer detaljerte kjemiske undersøkelser av vannet og forurensningskildene.

Hvordan måles TDG Total oppløst gass?

Total oppløst gass måles ved å skape en liten gasslomme ved siden av en trykktransduser, og isolere gasslommen fra vannet med en polymermembran. Fordi membranen er gjennomtrengelig for gasser, må det være likevekt mellom partialtrykket til gassene i gasslommen og gassene i vannet.

Hvis sensoren for totalt oppløst gass befinner seg i luft, skal den gi en avlesning som ligger nær det lokale barometertrykket (ca. 760 mm Hg ved havnivå). Hvis sensoren er nedsenket i vann som er i likevekt med luften, vil avlesningen ikke endre seg. Hvis sensoren er nedsenket i vann som ikke er i likevekt med luften, vil sensoravlesningen justeres oppover eller nedover etter hvert som gassen beveger seg over membranen for å oppnå partialtrykkslikevekt med vannet.

Totaloppløste gass-sensorer er fabrikkalibrert for helningsrespons, men må av og til kalibreres på nytt for nullstilling. Dette gjøres ved å kalibrere sensoren til det lokale barometertrykket i luft.

Hva bør jeg vite om TDG-måling av totalt oppløst gass i felt?

Det er viktig å huske på at polymermembranen i Total Dissolved Gas-sensoren har en tendens til å absorbere vann. Vannabsorpsjonen gjør det vanskeligere for gassmolekyler å bevege seg gjennom membranen, noe som reduserer responstiden. Endringen kan være betydelig, fra 5 minutter for en membran som nylig er nedsenket, til 30 minutter eller mer for en membran som har ligget i vann i noen timer.

I noen tilfeller vil vanndamp (som er en gassbestanddel, akkurat som oksygen og nitrogen) kondensere inne i gasslommen. Dette vil redusere responstiden ytterligere, fordi det innestengte vannet også må bringes i likevekt hver gang den totalt oppløste gassen endres utenfor membranen. For å løse dette problemet kan fuktige Total Dissolved Gas-membraner fjernes og tørkes i luft i en dag eller to, etter at eventuelt kondensat inne i membranen har blitt ristet ut. Hvis instrumentet må tas i bruk igjen umiddelbart, kan Total Dissolved Gas-membranen også byttes ut med en ny, tørr membran. Membranspisser som er enkle å bytte ut, er tilgjengelige til en nominell kostnad.