चालकता सेंसर: जल गुणवत्ता निगरानी

चालकता क्या है?

चालकता पानी की बिजली का संचालन करने की क्षमता है। इस चालन के लिए पानी में आयनों को आवेश वाहक होना आवश्यक है। शुद्ध पानी में कोई आयन नहीं होता (कभी-कभार दुष्ट जल अणु को छोड़कर), और इसलिए यह बिजली का बहुत खराब संवाहक है। लेकिन जैसे-जैसे पानी रासायनिक लवणों को ग्रहण करता है, वे लवण घुलने पर पानी में आयन जोड़ते हैं। इसलिए जैसे-जैसे पानी की आयनिक शक्ति बढ़ती है, वैसे-वैसे चालकता भी बढ़ती है – पानी जितना “नमकीन” होगा, चालकता उतनी ही अधिक होगी।

ध्यान दें कि चालकता माप आपको पानी में आयनों की सांद्रता के बारे में आवश्यक रूप से नहीं बताता है, क्योंकि विभिन्न आयनों का चालकता में अलग-अलग योगदान होता है। बड़े, भद्दे आयन, जैसे कि एसीटेट, बिजली का संचालन अच्छी तरह से नहीं करते हैं। छोटे, तेज़ आयन, जैसे कि H+, चालकता में प्रति-आयन बहुत अधिक योगदान देते हैं। चूँकि प्राकृतिक जल आमतौर पर आयनों का हमेशा बदलता मिश्रण होता है, इसलिए चालकता रीडिंग केवल आयन सांद्रता का एक सापेक्ष माप है।

लवणता की गणना अक्सर चालकता से की जाती है, यह मानकर कि पानी रासायनिक संरचना में समुद्री पानी के समान है। समुद्री जल में, 55,000 µS/cm की चालकता लगभग 35 PSS की लवणता के बराबर होती है (PSS व्यावहारिक लवणता पैमाना है, जिसने पारंपरिक ppt लवणता इकाइयों की जगह ले ली है)। तकनीकी रूप से लवणता को केवल खारे पानी के छोटे तनुकरण और सांद्रता के लिए परिभाषित किया जाता है, और इसलिए इसका उपयोग शायद ही कभी ताजे पानी के काम में किया जाता है।

जल गुणवत्ता निगरानी में चालकता क्यों महत्वपूर्ण है?

रासायनिक दृष्टिकोण से, चालकता रीडिंग का उपयोग जल निकाय की स्थिरता की निगरानी के लिए किया जा सकता है। अपरिवर्तित चालकता का आमतौर पर मतलब होता है कि पानी में कोई रसायन नहीं मिलाया जा रहा है, या घटाया नहीं जा रहा है। चालकता में वृद्धि प्रदूषण स्रोत, जैसे अपशिष्ट जल का बहाव, कृषि अपवाह या ज्वारीय घुसपैठ से आयनों में वृद्धि का संकेत दे सकती है। चालकता में गिरावट रासायनिक इनपुट में कमी और/या ताजे पानी के इनपुट में वृद्धि (उदाहरण के लिए, वर्षा की घटना से) का संकेत दे सकती है।

चालकता रीडिंग का उपयोग जैविक स्वास्थ्य का आकलन करने के लिए भी किया जा सकता है क्योंकि कुछ पौधे और पशु प्रजातियाँ उच्च या निम्न चालकता के प्रति संवेदनशील होती हैं। उदाहरण के लिए, सीप, काफी पतले समुद्री पानी में अच्छा नहीं करते हैं। ताजे पानी की खेल मछलियाँ नमकीन पानी में अच्छा नहीं करती हैं।

चालकता रीडिंग का उपयोग अनुमान लगाने के लिए भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, ताजे पानी के समुद्र तटों की निगरानी में यह मान लेना आम बात है कि चालकता में अचानक वृद्धि अपशिष्ट जल संदूषण या वर्षा अपवाह के कारण होती है – ये दोनों ही आमतौर पर उच्च बैक्टीरिया की संख्या से जुड़े होते हैं। इस प्रकार, चालकता में वृद्धि समुद्र तटों को बंद करने का कारण हो सकती है।

अंत में, चालकता रीडिंग का उपयोग जल-स्तर माप और घुली हुई ऑक्सीजन रीडिंग को सही करने के लिए किया जाता है। चालकता बढ़ाने का मतलब है पानी का घनत्व बढ़ाना, इसलिए क्षतिपूर्ति के लिए जल-स्तर माप को कम किया जाना चाहिए। चालकता बढ़ाने से पानी में ऑक्सीजन की घुलनशीलता भी कम हो जाती है, इसलिए क्षतिपूर्ति के लिए ऑक्सीजन की प्रतिशत-संतृप्ति की गणना बढ़ाई जानी चाहिए।

चालकता कैसे मापी जाती है?

डीओ को मापने के लिए आमतौर पर दो प्रकार के सेंसर का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक क्लार्क सेल में दो इलेक्ट्रोड होते हैं जो पानी आधारित इलेक्ट्रोलाइट घोल से घिरे होते हैं और ऑक्सीजन-पारगम्य झिल्ली से ढके होते हैं। जैसे ही ऑक्सीजन इलेक्ट्रोलाइट में घुलने के लिए झिल्ली को पार करती है, यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया में खपत होती है जो दो इलेक्ट्रोड के बीच एक छोटा विद्युत प्रवाह उत्पन्न करती है। वह धारा पानी के नमूने में ऑक्सीजन की मात्रा के सीधे आनुपातिक होती है। इस विधि को मानक विधियों 4500-ओ जी में आगे वर्णित किया गया है। यूरेका अब इस प्रकार का सेंसर प्रदान नहीं करता है।

डीओ सेंसर का दूसरा प्रकार ऑप्टिकल डीओ सेंसर है, जैसे यूरेका का एचडीओ, जिसमें एक नीली रोशनी को ऑक्सीजन-सक्रिय यौगिक की ओर निर्देशित किया जाता है जिसे ऑक्सीजन-पारगम्य बहुलक में स्थिर किया गया है। नीली रोशनी ऑक्सीजन-सक्रिय यौगिक को प्रतिदीप्तिमान बनाती है – यानी यह नीली रोशनी के रूप में ऊर्जा को अवशोषित करता है और फिर लाल रोशनी के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करता है। फ्लोरोसेंस को ऑक्सीजन द्वारा बुझाया जाता है – यानी, अगर ऑक्सीजन के अणु ऑक्सीजन-सक्रिय यौगिक में हस्तक्षेप करने के लिए मौजूद हैं तो लाल रोशनी का उत्सर्जन कम हो जाता है। जितनी ज़्यादा ऑक्सीजन मौजूद होगी, उतनी ही कम मात्रा में लाल रोशनी का उत्पादन होगा।

जब पॉलिमर सेंसिंग सतह पानी के संपर्क में आती है, तो पानी में ऑक्सीजन की मात्रा (“आंशिक दबाव”) के अनुसार ऑक्सीजन सेंसिंग सतह में फैल जाती है। इस प्रकार, सेंसर द्वारा प्राप्त लाल प्रकाश की मात्रा सीधे पानी में ऑक्सीजन की मात्रा से संबंधित होती है। लाल प्रकाश संकेत को उचित DO इकाइयों के लिए कैलिब्रेट किया जाता है।

ऑप्टिकल डीओ सेंसर मानक बन गए हैं, और क्लार्क सेल की तुलना में इन्हें प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि इनमें फील्ड में कैलिब्रेशन ड्रिफ्ट बहुत कम होता है, ये फ्लो-सेंसिटिव नहीं होते (किसी सर्कुलेटर की जरूरत नहीं होती), और इनमें मुश्किल मेम्ब्रेन बदलाव की जरूरत नहीं होती जो क्लार्क सेंसर उपयोगकर्ताओं को परेशान करते हैं। 1 जुलाई, 2007 को EPA ने ASTM इंटरनेशनल मेथड D888-05, 40 CFR 136 के तहत DO मापने के लिए पानी में घुली ऑक्सीजन के लिए मानक परीक्षण विधियों को मंजूरी दी, जिससे ऑप्टिकल डीओ सेंसर सरकारी एजेंसियों द्वारा उपयोग के लिए स्वीकार्य हो गए।

उदाहरण के लिए, किसी झील या नदी में घुली ऑक्सीजन की मात्रा कई चरों पर निर्भर करती है। बैरोमीटर का दबाव जितना ज़्यादा होगा, पानी में उतनी ज़्यादा ऑक्सीजन घुल सकती है। और पानी का तापमान जितना ज़्यादा होगा, पानी में उतनी ही कम ऑक्सीजन घुल सकती है।

यदि पानी ने तापमान और बैरोमीटर के दबाव के एक विशेष संयोजन के लिए जितना संभव हो सके उतनी ऑक्सीजन अवशोषित कर ली है, तो पानी को ऑक्सीजन से संतृप्त कहा जाता है। यदि औसतन, कोई ऑक्सीजन पानी में या पानी से बाहर नहीं जा रही है, तो पानी में ऑक्सीजन को वायुमंडल में ऑक्सीजन के साथ संतुलन में कहा जाता है।

घुली हुई ऑक्सीजन (DO) को आम तौर पर दो इकाइयों में रिपोर्ट किया जाता है। DO सांद्रता पानी में घुली ऑक्सीजन का वजन है और इसे mg/l या ppm में रिपोर्ट किया जाता है। DO प्रतिशत संतृप्ति पानी में ऑक्सीजन का अनुपात है जो समान परिस्थितियों में पानी के नमूने में घुलने वाली अधिकतम मात्रा है और इसे % संतृप्ति में रिपोर्ट किया जाता है।

पुराने क्लार्क सेल सेंसर को पारंपरिक रूप से पानी से संतृप्त हवा में कैलिब्रेट किया जाता था, लेकिन हवा से संतृप्त पानी में कैलिब्रेशन का चलन बढ़ रहा है। बाद वाला एक लीटर के कंटेनर में आधा लीटर पानी को एक मिनट तक हिलाकर किया जाता है, और फिर बुलबुले के सतह पर आने और गायब होने के लिए एक मिनट तक प्रतीक्षा की जाती है। डीओ सेंसर को उस पानी में डुबोया जाता है और स्थिर होने के लिए समय दिया जाता है। पानी के तापमान और बैरोमीटर के दबाव के ज्ञान के साथ, उपकरण पानी में डीओ स्तर का पता लगा सकता है क्योंकि यह जानता है कि पानी ऑक्सीजन से संतृप्त है। उपकरण डीओ सेंसर रीडिंग को तदनुसार सेट करता है।