Geleidbaarheidsensoren: Bewaking waterkwaliteit

Wat is geleidbaarheid?

Geleidbaarheid is het vermogen van water om elektriciteit te geleiden. Voor geleiding zijn ionen in het water nodig die ladingsdragers zijn. Zuiver water bevat geen ionen (behalve af en toe een watermolecuul) en is dus een zeer slechte geleider van elektriciteit. Maar als water chemische zouten opneemt, voegen deze zouten ionen toe aan het water wanneer ze oplossen. Dus als de ionensterkte van het water toeneemt, neemt ook de geleidbaarheid toe – hoe “zouter” het water, hoe hoger de geleidbaarheid.

Merk op dat een geleidbaarheidsmeting niet noodzakelijkerwijs de concentratie van ionen in het water aangeeft, omdat verschillende ionen een verschillende bijdrage leveren aan de geleidbaarheid. Grote, logge ionen, zoals acetaat, helpen niet goed elektriciteit te geleiden. Kleine, snelle ionen, zoals H+, dragen per ion veel meer bij aan de geleidbaarheid. Omdat natuurlijke wateren meestal steeds veranderende mengsels van ionen zijn, is een geleidbaarheidsmeting slechts een relatieve meting van de ionenconcentratie.

Het zoutgehalte wordt vaak berekend op basis van het geleidingsvermogen door aan te nemen dat de chemische samenstelling van het water erg lijkt op die van zeewater. In zeewater is een geleidbaarheid van 55.000 µS/cm ongeveer hetzelfde als een saliniteit van 35 PSS (PSS is de praktische saliniteitsschaal die de traditionele eenheden voor saliniteit in ppt heeft vervangen). Zoutgehalte wordt technisch alleen gedefinieerd voor kleine verdunningen en concentraties van zout water en wordt daarom zelden gebruikt in zoetwaterwerk.

Waarom is geleidbaarheid belangrijk bij het monitoren van waterkwaliteit?

Vanuit een chemisch standpunt kunnen geleidbaarheidsmetingen gebruikt worden om de stabiliteit van een waterlichaam te controleren. Een onveranderlijke geleidbaarheid betekent meestal dat er geen chemicaliën aan het water worden toegevoegd of onttrokken. Een piek in geleidbaarheid kan duiden op een toename van ionen door een vervuilingsbron, zoals een afvoerleiding voor afvalwater, afspoeling uit de landbouw of intrusie door getijden. Een daling van de geleidbaarheid kan duiden op een vermindering van de toevoer van chemicaliën en/of een toename van de toevoer van zoet water (bijvoorbeeld door een regenbui).

Geleidbaarheidsmetingen kunnen ook gebruikt worden om de biologische gezondheid te beoordelen, omdat sommige planten- en diersoorten gevoelig zijn voor hoge of lage geleidbaarheid. Oesters doen het bijvoorbeeld niet goed in sterk verdund zeewater. Zoetwaterwildvissen doen het niet goed in zoute wateren.

Geleidbaarheidsmetingen kunnen ook indirect gebruikt worden. Het is bijvoorbeeld gebruikelijk om bij het monitoren van zoetwaterstranden aan te nemen dat een plotselinge toename in geleidbaarheid te wijten is aan vervuiling met afvalwater of afspoeling van regenwater – die beide meestal geassocieerd worden met hoge aantallen bacteriën. De geleidbaarheidspiek kan dus een reden zijn om de stranden te sluiten.

Tot slot worden geleidbaarheidsmetingen gebruikt om metingen van het waterniveau en de opgeloste zuurstof te corrigeren. Als de geleidbaarheid toeneemt, neemt de dichtheid van het water toe, dus moeten de metingen van het waterniveau worden verlaagd om dit te compenseren. Verhoging van de geleidbaarheid vermindert ook de oplosbaarheid van zuurstof in water, dus berekeningen van de procentuele verzadiging van zuurstof moeten worden verhoogd om dit te compenseren.

Hoe wordt geleidbaarheid gemeten?

Geleidbaarheid wordt meestal gemeten met toroïdale sensoren of vier-elektrode sensoren. Toroïdale sensoren zijn zelden te vinden in multiprobes omdat ze een slechte gevoeligheid hebben bij lage geleidbaarheid. Vier-elektrodesensoren meten de stroom die nodig is om een vaste spanning te handhaven tussen twee paar elektroden, gescheiden door een vaste geometrie van water. Beide methoden zijn meer dan voldoende voor de meeste studies van natuurlijke wateren.

Hoe kalibreer je geleidbaarheidssensoren?

Geleidbaarheidssensoren worden gekalibreerd met één standaard en die standaard is bijna altijd een bekende concentratie kaliumchloride (KCl). De waarde waarbij gekalibreerd wordt hangt af van de toepassing – voor zeer zoet water is een lage geleidbaarheidsstandaard het beste, en omgekeerd. Kies een ijkstandaard die iets hoger is dan de hoogste meting die je in het veld verwacht.

Welke andere parameters beïnvloeden geleidbaarheidsmetingen?

Geleidbaarheid is een directe meting van elektrische geleidbaarheid, en elektrische geleidbaarheid varieert met de watertemperatuur. Water van 15 °C heeft een lagere geleidbaarheid dan hetzelfde water van 30 °C. Om geleidbaarheidsmetingen gemakkelijker te kunnen vergelijken, is het gebruikelijk om de metingen te “corrigeren” naar 25 °C – dat wil zeggen, de geleidbaarheid rapporteren zoals die zou zijn als de watertemperatuur werd gewijzigd in 25 °C. Metingen gecorrigeerd naar 25 °C worden “specifieke geleiding” genoemd in plaats van geleidbaarheid.