Czujniki przewodności: Monitorowanie jakości wody

Co to jest przewodność?

Przewodność to zdolność wody do przewodzenia prądu elektrycznego. Przewodzenie to wymaga, aby jony w wodzie były nośnikami ładunku. Czysta woda nie zawiera jonów (poza okazjonalnymi cząsteczkami wody), a zatem jest bardzo słabym przewodnikiem elektryczności. Jednak gdy woda gromadzi sole chemiczne, sole te dodają jony do wody, gdy się rozpuszczają. Tak więc wraz ze wzrostem siły jonowej wody wzrasta również przewodność – im „bardziej słona” woda, tym wyższa przewodność.

Należy pamiętać, że pomiar przewodności niekoniecznie informuje o stężeniu jonów w wodzie, ponieważ różne jony mają różny wpływ na przewodność. Duże, nieporęczne jony, takie jak octan, nie pomagają dobrze przewodzić prądu. Małe, szybkie jony, takie jak H+, mają znacznie większy udział w przewodnictwie. Ponieważ naturalne wody są zwykle ciągle zmieniającymi się mieszaninami jonów, odczyt przewodności jest jedynie względnym pomiarem stężenia jonów.

Zasolenie jest często obliczane na podstawie przewodności przy założeniu, że woda jest bardzo podobna pod względem składu chemicznego do wody morskiej. W wodzie morskiej przewodność na poziomie 55 000 µS/cm to mniej więcej to samo, co zasolenie na poziomie 35 PSS (PSS to praktyczna skala zasolenia, która zastąpiła tradycyjne jednostki zasolenia ppt). Zasolenie jest technicznie zdefiniowane tylko dla małych rozcieńczeń i stężeń słonej wody, a zatem jest rzadko używane w pracy z wodą słodką.

Dlaczego przewodność jest ważna w monitorowaniu jakości wody?

Z chemicznego punktu widzenia odczyty przewodności mogą być wykorzystywane do monitorowania stabilności zbiornika wodnego. Niezmienna przewodność zwykle oznacza, że do wody nie są dodawane ani odejmowane żadne substancje chemiczne. Skok przewodności może wskazywać na wzrost jonów ze źródła zanieczyszczenia, takiego jak odpływ ścieków, spływ rolniczy lub wtargnięcie pływów. Spadek przewodności może wskazywać na zmniejszenie ilości chemikaliów i/lub wzrost ilości słodkiej wody (na przykład w wyniku opadów deszczu).

Odczyty przewodności mogą być również wykorzystywane do oceny zdrowia biologicznego, ponieważ niektóre gatunki roślin i zwierząt są wrażliwe na wysokie lub niskie przewodności. Na przykład ostrygi nie radzą sobie dobrze w znacznie rozcieńczonej wodzie morskiej. Słodkowodne ryby łowne nie radzą sobie dobrze w słonych wodach.

Odczyty przewodności mogą być również wykorzystywane wnioskowo. Na przykład w przypadku monitorowania plaż słodkowodnych często zakłada się, że nagły wzrost przewodności jest spowodowany zanieczyszczeniem ścieków lub spływem opadów deszczu – oba te czynniki są zwykle związane z wysoką liczbą bakterii. W związku z tym skok przewodności może być powodem do zamknięcia plaż.

Wreszcie, odczyty przewodności są wykorzystywane do korygowania pomiarów poziomu wody i odczytów rozpuszczonego tlenu. Zwiększenie przewodności oznacza zwiększenie gęstości wody, więc pomiary poziomu wody muszą zostać zmniejszone, aby to zrekompensować. Zwiększenie przewodności zmniejsza również rozpuszczalność tlenu w wodzie, więc obliczenia procentowego nasycenia tlenem muszą zostać zwiększone, aby to zrekompensować.

Jak mierzy się przewodność?

Przewodność jest najczęściej mierzona za pomocą czujników toroidalnych lub czujników czteroelektrodowych. Czujniki toroidalne są rzadko spotykane w sondach wielopunktowych, ponieważ mają niską czułość przy niskich przewodnościach. Czujniki czteroelektrodowe działają poprzez pomiar prądu wymaganego do utrzymania stałego napięcia między dwiema parami elektrod oddzielonych stałą geometrią wody. Każda z tych metod jest więcej niż wystarczająca dla większości badań wód naturalnych.

Jak skalibrować czujniki przewodności?

Czujniki przewodności są kalibrowane za pomocą jednego wzorca, którym prawie zawsze jest chlorek potasu (KCl) o znanym stężeniu. Wartość, przy której przeprowadzana jest kalibracja, zależy od zastosowania – dla bardzo słodkich wód najlepszy jest wzorzec o niskiej przewodności i odwrotnie. Wybierz standard kalibracji, który jest nieco wyższy niż najwyższy odczyt, jaki spodziewasz się zobaczyć w terenie.

Jakie inne parametry wpływają na pomiary przewodności?

Przewodność jest bezpośrednim pomiarem przewodności elektrycznej, a przewodność elektryczna zmienia się wraz z temperaturą wody. Woda o temperaturze 15 °C ma niższą przewodność niż ta sama woda o temperaturze 30 °C. Aby ułatwić porównywanie odczytów przewodności, zwyczajowo „koryguje się” odczyty do 25 °C – to znaczy zgłasza przewodność, jaka byłaby, gdyby temperatura wody została zmieniona na 25 °C. Odczyty skorygowane do 25 °C są określane jako „przewodność właściwa”, a nie przewodność.