C02-karbondioksidsensorer: Overvåking av vannkvalitet

Hvorfor vil jeg måle CO₂?

Karbondioksid kan komme inn i vannet på flere måter. Noen primære kilder på land kan være nedbrytning av organisk materiale, oppløsning av karbonatbergarter, utslipp av avløpsvann og drenering av vannskiller. Andre naturlige kilder er biologisk respirasjon, diagenese i sedimenter eller vulkansk aktivitet. En viktig kilde/senke for CO₂ er atmosfærisk utveksling i grenseflaten mellom luft og vann. Karbondioksid oppløses ganske enkelt i vann.

En økning i CO₂-konsentrasjonen i vann fører til et fall i pH-verdien. Ettersom mange biologiske, kjemiske og fysiske prosesser er pH-avhengige, kan plutselige eller raske endringer i pH ha negative effekter på reguleringen av disse prosessene. I tillegg til pH-effekter har det vist seg at høye nivåer av CO₂ er skadelig for utviklingen av visse organismer, som fisk, skalldyr og andre kalkdannende organismer, inkludert planteplankton.

Hvordan måles CO₂?

Solinst Eureka Solinst Eureka C02-sensoren kombinerer robust design, brukervennlighet og allsidighet i én og samme sensorpakke. Målingen av en gass som er oppløst i en væske, gjøres enklere ved hjelp av en semipermeabel membran som gjør det mulig for gasser å overføres fra vann til et gasshodeområde der målingen foretas. Den resulterende verdien sendes ut som en spenning på 0-5 volt, som er proporsjonal med og representerer et estimat av mengden CO₂-gass i den analyserte vannprøven. MantaPlus konverterer utdataene til %Sat eller ppm.

Sensorens måleområde kan stilles inn for å maksimere nøyaktigheten. C02-sensoren leveres med en fabrikkalibrering.

Karbondioksidgass løser seg opp i vann: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). I henhold til Henrys løselighetslov, som sier at løseligheten av en gass i en væske er direkte proporsjonal med partialtrykket av gassen over væsken, kan vi estimere CO₂-konsentrasjonen i vann ved å måle partialtrykket av karbondioksid (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/Løselighet. Med dagens atmosfæriske CO₂-nivåer på over 400 ppm, sammenlignet med registrerte verdier på ~300 ppm rundt 1960 (mer enn 30 % økning), forventer vi at havvannsnivået vil ha høyere konsentrasjoner fordi karbon kan fanges opp i vannlag. Disse isolerte lagene er begrenset av atmosfærisk likevekt/utveksling, noe som fører til en opphopning av CO₂ som sakte kan diffundere over gradienter eller raskt blandes gjennom vannsøylen.

Hva bør jeg vite om CO₂-måling i felt?

MantaPlus-multisonder utstyrt med CO₂-sensorer brukes til forskning innen en rekke ulike bruksområder – akvakultur, overvåking av avløpsvann, revovervåking, lagring av karbonfangst og biodrivstoff, for å nevne noen få.

For oppdrettsanlegg kan MantaPlus med C-sense-sonde enkelt brukes til å overvåke både åpent vann og kar for å sikre at CO₂ og andre vannkvalitetsparametere holder seg innenfor ønskede nivåer. Systemer som mottar data fra MantaPlus, kan varsle akvakulturforskere om endringer i CO₂-nivåene i et oppdrettsanlegg.

Avløpsvann kan ofte ha høy organisk belastning, noe som kan føre til rask forråtnelse og produksjon av p CO₂ opp mot 10 000 ppm i visse dammer. Disse CO₂-nivåene er 20 ganger høyere enn de typiske CO₂-nivåene som finnes i naturlig vann. Hvis det lekker ut i naturlige vannveier som elvemunninger, elver eller innsjøer, kan disse systemene og organismene i dem bli sterkt påvirket, noe som kan endre dynamikken eller produktiviteten i det akvatiske habitatet.

Forsuring av havet som følge av økende CO₂-nivåer i atmosfæren kan ha stor innvirkning på organismer som koraller, som er svært avhengige av kalsifisering for å bygge rev. På grunn av nærheten til land kan også menneskeskapt eutrofiering, som fører til høy grad av CO₂-belastning, fremskynde forsuringsprosessen i en vannmasse, noe som kan påvirke og til og med ødelegge korallrevene. Overvåking av rev eller elver og andre vannstrømmer som renner inn i kystnære miljøer ved hjelp av MantaPlus multisondeutstyr med CO₂-sensor, kan gi en god indikasjon på forventede endringer i et revsystem. Dette kan gi myndighetene informasjon om hvordan de kan omdirigere, bremse eller bedre kontrollere menneskeskapte tilførsler for å opprettholde integriteten til disse habitatene.

Karbonfangst og -lagring (CCS) innebærer at karbondioksid pumpes ned i dype saltvannsakviferer for å fjerne karbon fra overflatevann eller atmosfæren. Disse dype vannmassene er isolert fra karbonutveksling, noe som gjør dem til et av de største karbonlagrene. Vannmassene kan inneholde opptil 10 % CO₂ (100 000 ppm), mer enn 200 ganger atmosfærens nivå. For å sikre at CO₂ forblir i dypet, er det avgjørende å overvåke akviferer, grunnvann og overflatevann. MantaPlus med CO₂-sensor er et rimelig og robust deteksjonsverktøy som sikrer at CO₂ forblir bundet.

Biodrivstoffindustrien bruker atmosfærisk CO₂ til å dyrke alger i stor skala for produksjon av drivstoff. For å sette opp en algefarm på riktig måte, må CO₂-målinger gjøres in situ under testing i pilotskala for å finne optimale nivåer for algedyrking og maksimere farmens effektivitet eller algeproduktivitet. Når et anlegg er oppe og går, må CO₂-tapet også reguleres for å overholde lovene om karbonutslipp som er fastsatt for denne typen industri. Den store skalaen av disse oppdrettsanleggene fører til store endringer i in situ pCO₂, som enkelt og nøyaktig kan detekteres ved hjelp av MantaPlus-multisonden utstyrt med CO₂-sensor.