Woda niemal zawsze ma w składzie różne substancje, w tym rozpuszczone w niej minerały. Takie dodatkowe składniki bywają mocno problematyczne, szczególnie w procesach przemysłowych, dlatego ważna jest eliminacja lub przynajmniej częściowa redukcja ich stężenia. Do kontroli stopnia oczyszczenia cieczy z rozpuszczonych w niej substancji służy przewodność elektrolityczna wody. Duże znaczenie ma w tym przypadku zrozumienie zależności między przewodnością a twardością wody.
Spis treści:
- Co to jest przewodność elektryczna wody?
- Jak zmierzyć przewodność wody?
- Przewodność wody w przemyśle
- Zależność między mineralizacją a przewodnością wody
- Przewodność elektrolityczna a twardość wody
- Przewodność wody – podsumowanie
Co to jest przewodność elektryczna wody?
Ponieważ większość związków mineralnych ulega w wodzie rozpadowi na jony (dysocjacja elektrolityczna), ciecz może mieć zdolność przewodzenia prądu.
Przewodność elektrolityczna (przewodność elektryczna, konduktancja) to miara zdolności wody do przewodzenia energii elektrycznej.
Parametr ten oznacza się w celu oceny stopnia mineralizacji wody oraz jej zanieczyszczenia. Im wyższa jest wartość konduktancji, tym więcej jonów – kationów i anionów – znajduje się w wodzie, a w szczególności: Ca2+, Mg2+, Na+, Cl–, HCO3– oraz SO42-.
Znając wartość przewodności elektrolitycznej wody można ocenić stopień jej nasycenia minerałami. Ponieważ udział poszczególnych jonów bywa mocno zróżnicowany, pomiar przewodności pozwala na określenie wartości takich wskaźników jak:
- Siła jonowa
- Poziom zasolenia wody
- Sucha pozostałość
- Substancje rozpuszczone
Warto natomiast pamiętać, że przewodność elektryczna wody nie może być traktowana jako jedyna miara czystości cieczy ze względu na obecność w niej innych substancji, które prądu nie przewodzą (np. związki organiczne). W celu dokonania precyzyjnej oceny jakościowej niezbędne są profesjonalne badania wody.
Jeśli szukasz sposobów na czystą wodę, pozbawioną zanieczyszczeń fizykochemicznych i mikrobiologicznych, ale nie wiesz od czego zacząć – poproś o pomoc eksperta.
Jak zmierzyć przewodność wody?
Pomiar przewodności elektrycznej stosuje się do ustalenia całkowitej ilości soli rozpuszczonych w wodzie. Urządzenie służące do mierzenia przewodności elektrolitycznej wody to konduktometr lub sonda konduktometryczna. Jednostką tego parametru w układzie SI jest Siemens na metr (S/m), nazwany tak na cześć Wernera von Siemensa – niemieckiego wynalazcy i konstruktora w dziedzinie elektrotechniki. W praktyce, przewodność elektryczną wody znacznie częściej podaje się w mikroSiemensach na centymetr (μS/cm).
Pomiar przewodności elektrycznej powinien być wykonany w określonej temperaturze (zazwyczaj 25°C) lub w korelacji do niej.
Polskie normy wody pitnej wskazują maksymalną dopuszczalną wartość przewodności wody pitnej na poziomie 2500 μS/cm.
Słabo zmineralizowane wody naturalne charakteryzują się przewodnością elektrolityczną na poziomie zaledwie kilkudziesięciu μS/cm. Pomiar konduktancji wody stosuje się w różnych celach:
- Monitorowanie jakości wód mineralnych, gruntowych, głębinowych
- Kontrola jakości ścieków
- Kontrola jakości wody technologicznej i procesowej
Konduktometrem sprawdza się także jakość wód stosowanych w produkcji, a w szczególności w przemyśle spożywczym, piwowarskim, farmaceutycznym i kosmetycznym.
Ponieważ większość substancji nieorganicznych stosunkowo dobrze rozpuszcza się w wodzie, istnieje pewna zależność między przewodnością wody a ilością rozpuszczonych w niej składników. W związku z tym, większość przenośnych konduktometrów pokazuje również wartość TDS, czyli zawartość substancji rozpuszczonych. W domowych warunkach przewodność wody oraz wartość TDS mają znaczenie przede wszystkim dla akwarystów. Tego typu dane są potrzebne do utrzymania wody w akwarium w odpowiednim stanie. Wskaźnik TDS przyda się również baristom i osobom zainteresowanym wpływem jakości wody na ostateczny smak i aromat kawy.
Należy przy tym brać pod uwagę, że nie określono w sposób jednoznaczny dokładnego stosunku wartości wskaźnika TDS do przewodności. Taki pomiar jest zatem szacunkowy, ale zazwyczaj wystarcza do tego, aby choć w przybliżeniu określić całkowitą mineralizację badanej cieczy (bez podawania konkretnych substancji rozpuszczonych w wodzie). W przypadku niektórych wód naturalnych lub użytkowych, trzeba dodatkowo wykonać korektę wynikającą na przykład z obecności obecności substancji organicznych, czy niezdysocjowanych związków krzemu. Takie dane uwzględnia się zazwyczaj w postaci odpowiedniego przelicznika (współczynnika).
W gospodarstwach domowych pomiar wskaźnika TDS polecam między innymi do oceny i monitorowania stopnia powstawania osadów wewnątrz rur, zaworów i filtrów akwarystycznych. Parametr ten ma również bardzo duże znaczenie przy sprawdzaniu zawartości składników odżywczych dla roślin w uprawach hydroponicznych (bezglebowych).
Piotr Pisarski
Przewodność wody w przemyśle
Znając wartość przewodności elektrycznej wody można skutecznie sterować różnymi procesami technologicznymi. W praktyce przemysłowej pomiar przewodności elektrycznej wody wykonuje się w sposób ciągły – bezpośrednio wewnątrz rur, w zbiornikach lub z zastosowaniem bypassów. Z punktu widzenia praktyki przemysłowej ważne jest, że do pomiarów konduktancji wody nie stosuje się żadnych odczynników chemicznych.
Jak obniżyć przewodność elektryczną wody w przemyśle?
Woda stosowana w procesach przemysłowych wymaga zazwyczaj zmiękczania, redukcji stężenia substancji rozpuszczonych lub nawet całkowitej demineralizacji.
Do obniżania przewodności wody, doskonale sprawdza się przemysłowa odwrócona osmoza. Membrana osmotyczna zatrzymuje wszystkie rozpuszczone substancje dostarczając wodę o bardzo dużej czystości, co w przypadku aplikacji przemysłowych jest zjawiskiem wyjątkowo korzystnym.
Jeśli surowa woda jest silnie zmineralizowana, przed stacją odwróconej osmozy stosuje się przemysłowe zmiękczacze wody. Urządzenia tego typu obniżają twardość wody zabezpieczając membranę osmotyczną przed zatykaniem oraz zapewniając jej optymalne parametry pracy. Twarde złogi mineralne osadzające się na membranie osmotycznej mocno obniżają wydajność procesu filtracyjnego. Choć istnieją skuteczne sposoby czyszczenia membran, każdy taki proces wywiera negatywny wpływ na ich żywotność. Z technologicznego punktu widzenia lepiej zapobiegać powstawaniu osadów niż je potem usuwać. W niektórych instalacjach przemysłowych zasadny jest także montaż filtrów z węglem aktywnym przydatnym do usuwania substancji organicznych i wszelkich pochodnych chloru.
Łącząc technologię membranową i jonowymienną można zredukować przewodność wody do 0,5 µS/cm. Takie rozwiązanie sprawdza się wszędzie tam, gdzie ważne jest usunięcie maksymalnej ilości substancji mineralnych (np. woda przeznaczona do uzupełniania obiegów wytwornic pary).
Zależność między mineralizacją a przewodnością wody
W wielu gałęziach przemysłu wysokie stężenie minerałów rozpuszczonych w wodzie bywa przyczyną sporych problemów. Choć wysoka mineralizacja jest korzystna w przypadku wody pitnej, w praktyce przemysłowej – ze względu na specyfikę różnych procesów technologicznych – jest to zjawisko bardzo niepożądane.
Najczęstszymi problemami z tym związanymi jest wytrącanie się osadów i powstawanie zawiesin, często bardzo mocno przylegających do instalacji i poszczególnych komponentów urządzeń. Osady mogą zatykać kotły grzewcze, wymienniki ciepła lub pory w membranie osmotycznej. Zmniejszają tym samym wydajność całych procesów, a jednocześnie uniemożliwiają skuteczną wymianę ciepła. Wystarczy zaledwie 1 mm warstwy kamienia kotłowego, aby obniżyć sprawność wymiany ciepła nawet o połowę.
Negatywny wpływ na wymianę ciepła wywiera także biofilm. Osady organiczne w połączeniu ze złogami mineralnymi stanowią nie tylko doskonałe siedlisko dla namnażania i rozwoju patogenów, ale też obniżają skuteczność procesów dezynfekcji wody.
Problemy eksploatacyjne stwarza również zbyt wysoki stopień twardości wody będący wynikiem obecności w niej głównie jonów wapnia i magnezu. W tym przypadku zasada jest dość prosta – im wyższy jest stopień twardości wody, tym większa jest jej przewodność elektryczna.
Przewodność elektrolityczna a twardość wody
Przewodność elektryczna oraz twardość wody to dwa zupełnie różne parametry fizykochemiczne połączone jednak pewną zależnością.
Przewodność elektryczna wody odnosi się do jej zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego i zależy od ilości rozpuszczonych w wodzie jonów, które mogą go przewodzić. Twardość wody dotyczy z kolei przede wszystkim stężenia jonów wapnia (Ca2+) i magnezu (Mg2+) w wodzie. Jest ona zazwyczaj mierzona w miligramach ekwiwalentu węglanu wapnia (CaCO3) na litr wody (mg/l) lub w stopniach twardości (°dH).
W warunkach domowych, powstający w wyniku termicznego rozkładu soli wapniowych i magnezowych, kamień w wodzie gromadzi się wszędzie tam, gdzie podgrzewana jest twarda woda – m.in. wewnątrz kotłów, bojlerów, w podzespołach sprzętów AGD i na powierzchni armatury. Ponadto im twardsza woda, tym trudniejsze zwilżanie powierzchni i rozprowadzanie środków czystości. Twarda woda generuje tym samym wiele problemów technicznych i użytkowych w życiu codziennym, które na szczęście można rozwiązać montując np. centralne zmiękczacze wody.
Podczas gdy kieszonkowy miernik TDS przyda się do sprawdzenia, czy odwrócona osmoza działa poprawnie, do konfiguracji zmiękczaczy wody konieczne są testery twardości wody.
Piotr Pisarski
Czy przewodność wody zmienia się po zmiękczaczu wody?
Zmiękczacze wody usuwają jony wapnia oraz magnezu. Należy jednak wziąć pod uwagę, że jest to proces wymiany jonowej – miejsce kationów wapnia i magnezu zajmują kationy sodu. Zasolenie wody pozostaje więc takie samo, a zdarza się, że może być też wyższe.
Przewodność wody – podsumowanie
Pomiary przewodności wody są niezawodnym sposobem na sterowanie wieloma procesami przemysłowymi w czasie rzeczywistym. W niektórych instalacjach przemysłowych konieczne jest maksymalne obniżenie wartości tego parametru, ponieważ rozpuszczone w wodzie minerały bywają przyczyną wielu problemów wtórnych. Można to zrobić sięgając po sprawdzone przemysłowe systemy odwróconej osmozy i przemysłowe zmiękczacze wody.
