Przewodność Elektryczna Twardej Wody: Kluczowy Wskaźnik Jakości i Uzdatniania

Szczegóły: Opublikowano: 23. November 2025

Woda niemal zawsze zawiera różne substancje, w tym rozpuszczone minerały. Dodatkowe składniki bywają problematyczne, szczególnie w procesach przemysłowych, dlatego ważna jest eliminacja lub redukcja ich stężenia.

Każdy, kto kiedykolwiek zastanawiał się nad wyborem systemu uzdatniania wody, spotkał się z pojęciami przewodności i twardości wody. Warto zrozumieć, jak te parametry są powiązane i jak wpływają na jakość wody.

Przewodność Elektrolityczna Wody

Do kontroli stopnia oczyszczenia cieczy z rozpuszczonych w niej substancji służy przewodność elektrolityczna wody. Parametr ten oznacza się w celu oceny stopnia mineralizacji wody oraz jej zanieczyszczenia. Znając wartość przewodności elektrolitycznej wody można ocenić stopień jej nasycenia minerałami.

Przewodność elektryczna, inaczej konduktancja, to zdolność materiału do przewodzenia energii elektrycznej. Przewodnictwo elektryczne wody jest miarą zdolności wody do przewodzenia prądu elektrycznego i zależy od ilości zanieczyszczeń w wodzie. Im więcej zanieczyszczeń, tym większa wartość przewodnictwa. Idealnie czysta woda niemalże nie przewodzi prądu. Przewodność elektryczna wody zależy również od jej temperatury.

W praktyce wykorzystujemy przewodność elektryczną wody do określenia stopnia zanieczyszczenia i mineralizacji wody.

Przeczytaj także: Wpływ twardości wody na jej przewodność elektryczną

Pomiar Przewodności Elektrycznej

Pomiar przewodności jest możliwy dzięki użyciu konduktometru, który analizuje zdolność wody do przewodzenia prądu elektrycznego. Urządzenie służące do mierzenia przewodności elektrolitycznej wody to konduktometr lub sonda konduktometryczna. Przewodność elektryczną wody w praktyce ustala się w celu określenia zasolenia, a pomiar wykonuje się przy użyciu sondy konduktometrycznej.

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.

Choć przewodność elektryczną można wyrazić wieloma różnymi jednostkami, to zwykle stosuje się siemens na metr kwadratowy na mol (S/m²/mol) albo milisiemens na centymetr (mS/cm). Jednostka mS/cm jest w Europie wyznacznikiem stężenia składników pokarmowych w wodzie.

W Ameryce Północnej przewodność przekształca się na liczbę jonów w wodzie wyrażonych jako ppm (co można dalej przekształcać na inne jednostki, w tym mg/l itd.). W powyższym przekształceniu przewodność elektryczna zamieniana jest na wartość opartą na liczbie jonów w roztworze.

Słabo zmineralizowane wody naturalne charakteryzują się przewodnością elektrolityczną na poziomie kilkudziesięciu μS/cm. Większość urządzeń do mierzenia przewodności elektrycznej wody pokazuje tą wartość w TDS (czyli zawartość substancji rozpuszczonych). TDS oznacza całkowitą ilość soli rozpuszczonych i jest jednostką definiującą stopień zanieczyszczenia wody. Pomiar przewodności wykonuje się również po to, aby oszacować ogólną zawartość soli rozpuszczonych (TDS - total dissolved solids).

Przeczytaj także: Wszystko o twardej wodzie

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 substancji organicznych, czy niezdysocjowanych związków krzemu.

Warto 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).

Zastosowanie Pomiaru Przewodności

Pomiary przewodności wody są niezawodnym sposobem na sterowanie wieloma procesami przemysłowymi w czasie rzeczywistym. W praktyce przemysłowej pomiar przewodności elektrycznej wody wykonuje się w sposób ciągły - bezpośrednio wewnątrz rur, w zbiornikach lub z zastosowaniem bypassów. Znając wartość przewodności elektrycznej wody można skutecznie sterować różnymi procesami technologicznymi.

W niektórych instalacjach przemysłowych konieczne jest maksymalne obniżenie wartości tego parametru, ponieważ rozpuszczone w wodzie minerały bywają przyczyną wielu problemów wtórnych. Obniżanie przewodności wody odbywa się najczęściej przez zastosowanie przemysłowych systemów odwróconej osmozy. Jeśli woda jest bardzo twarda i jej przewodność elektryczna jest duża, przed przemysłowymi systemami odwróconej osmozy stosuje się przemysłowe zmiękczacze do wody. W teorii membranę w przemysłowej odwróconej osmozie można wyczyścić, ale w praktyce proces ten znacznie obniża jej żywotność.

Stosując zmiękczacz wody i systemy odwróconej osmozy jednocześnie, jesteśmy w stanie zmniejszyć przewodność elektryczną nawet do 0,5 µS/cm. Taki wynik potrzebny jest w miejscach, gdzie ważne jest usunięcie maksymalnej ilości substancji mineralnych.

Przeczytaj także: Jak pozbyć się osadu z twardej wody?

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.

Twardość Wody

Twardość wody definiuje się przez zawartość w niej jonów wapnia i magnezu. W życiu codziennym twarda woda objawia się często poprzez osad kamienia kotłowego na urządzeniach użytkowych, utrudniając ich eksploatację oraz skracając ich żywotność. Do pomiaru twardości wody najczęściej stosuje się kropelkowe testery twardości. Proces ten polega na dodawaniu do próbki wody specjalnego odczynnika, do momentu zmiany koloru wody.

Twardość wody dotyczy przede wszystkim stężenia jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) w wodzie. Przewodność określa zdolność do przewodzenia przez wodę prądu, a twardość daje pogląd na to, ile wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) jest w wodzie. Twardość wody powinna interesować głównie właścicieli gospodarstw domowych.

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.

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 więc nieznacznie się zwiększa, ale spada mineralizacja. W finalnym rozrachunku przewodność elektryczna wody delikatnie się obniży, lub pozostanie na tym samym poziomie.

Problemy eksploatacyjne stwarza również zbyt wysoki stopień twardości wody będący wynikiem obecności w niej głównie jonów wapnia i magnezu.

Związek Między Twardością a Przewodnością

Podnosząc temat związków między przewodnością a twardością wody, należy podkreślić, że te dwa pojęcia nie są ze sobą tożsame, jednak istnieje między nimi pewna korelacja. Wysoki poziom twardości, wynikający z obecności jonów wapnia i magnezu, może przyczynić się do zwiększenia przewodności elektrycznej wody.

Przewodność elektryczna wody odnosi się do jej zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego i zależy od ilości rozpuszczonych w wodzie jonów, które mogą go przewodzić.

Chociaż przewodność i twardość wody to parametry, które mogą wydawać się koncepcjami odległymi, ich wzajemne zależności odgrywają kluczową rolę w ocenie jakości wody oraz w doborze odpowiednich metod jej uzdatniania.

Problemy Związane z Mineralizacją Wody

W wielu gałęziach przemysłu wysokie stężenie minerałów rozpuszczonych w wodzie bywa przyczyną sporych problemów. Minerały i przemysł to połączenie, które często oznacza problemy. Najczęstsze z nich to wytrącanie się osadów i zawiesin, które mogą mocno przylegać do urządzeń.

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. Negatywny wpływ na wymianę ciepła wywiera także biofilm.

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.

Wartości Twardości Wody w Różnych Jednostkach

Twardość wody podaje się w milimolach jonów wapnia lub magnezu w 1 dm³ wody według wskaźników międzynarodowych lub w stopniach twardości (niemieckich, francuskich i innych). Dawniej stosowano jednostkę miligramorównoważników (mval) jonów wapnia lub jonów magnezu w 1 dm³ wody, gdzie 1 mval=20,04 mg Ca²⁺ lub 12,16 mg Mg²⁺ w 1 dm³ wody.

Norma Polska dla wody przeznaczonej do spożycia wynosi : 60-500 mg CaCO₃/dm³

Porównując w różnych jednostkach i skalach:

500 mg CaCO₃/dm³ = 10 mval/l = 200 mg Ca⁺²/l = 5 milimoli Ca = 28° niem. (dH) = 50° franc.

Skala twardości wody:

Woda miękka: poniżej 1,5 mmol/l
Woda średnio twarda: 1,5 - 2,5 mmol/l
Woda twarda: powyżej 2,5 mmol/l

Twardość Wody a Zdrowie Człowieka

Wapń bierze udział w budowaniu kości oraz zębów. Niedobór wapnia może powodować osteoporozę. Wpływa również na pracę mięśni i przesyłanie sygnałów nerwowych. Wpływa na koagulację krwi oraz reguluje pracę serca. Niedobór potasu powoduje również nadmierną potliwość, nerwowość, wymioty oraz skurcze. Magnez jest istotny w budowie kości oraz komórek, zwłaszcza komórek mięśni. Pomaga zachować równowagę systemu nerwowego i uczestniczy w budowie wielu enzymów. Niedobór magnezu powoduje rozdrażnienie nerwowość oraz skurcze.

Elektrolity są jednym z głównych powodów, dla których twarda woda jest dla Ciebie zdrowa. Nauka udowodniła, że elektrolity odgrywają ważną rolę w naszym zdrowiu.

Przewodność elektryczna, inaczej konduktancja, to zdolność dowolnego materiału do przewodzenia energii elektrycznej. Większość hodowców przyzwyczajona jest do mierzenia liczby środków odżywczych, które podają w uncjach na galon, gramach na litr lub podobnej jednostce. Przewodność elektryczna to krok dalej. Miernik przewodności mierzy potencjał prądu elektrycznego przewodzonego przez wodę. Uzyskana wartość znana jest jako przewodność molowa (elektrolityczna) a mierzy się ją w siemensach (S). Elektrony są w stanie przepływać przez wodę z jednego zestawu elektrod do drugiego nie ze względu na molekuły wody jako takie, lecz dzięki jonom rozpuszczonym w wodzie. Tym samym stężenie jonów w wodzie określa liczbę elektronów, mogących poruszać się od jednej elektrody do drugiej: im wyższe stężenie jonów, tym lepszy przepływ elektronów. Czysta woda jest bardzo słabym przewodnikiem elektryczności, w związku z czym miernik przewodności pokaże 0,0 w deszczówce, w wodzie oczyszczonej metodą odwróconej osmozy lub w wodzie demineralizowanej. Kiedy dodamy do wody składniki pokarmowe (sole), zwiększamy potencjał przewodności molowej energii elektrycznej, a tym samym wartość przewodności elektrycznej (czy też współczynnik przewodności CF = wartość przewodności EC × 10). Choć przewodność elektryczną można wyrazić wieloma różnymi jednostkami, to zwykle stosuje się siemens na metr kwadratowy na mol (S/m2/mol) albo milisiemens na centymetr (mS/cm). Jednostka mS/cm jest w Europie wyznacznikiem stężenia składników pokarmowych w wodzie. W Ameryce Północnej przewodność przekształca się na liczbę jonów w wodzie wyrażonych jako ppm (co można dalej przekształcać na inne jednostki, w tym mg/l itd.). W powyższym przekształceniu przewodność elektryczna zamieniana jest na wartość opartą na liczbie jonów w roztworze. Woda zawierająca sole mineralne wykazuje konduktancję. Jednocześnie, patrząc w przeciwną stronę, konduktancja nie musi oznaczać, że woda zawiera sole mineralne, które pomogą roślinom. Woda wodociągowa może zawierać sód oraz chlorek, które np. Nawozy są oczywiście produkowane z soli odżywczych. Każda wartość pokarmowa, którą dodajemy do wody, określana jest jako EC+ i musi zostać dodana do podstawowej przewodności wody. Sole odżywcze są ciałami stałymi pobranymi z gleby lub uwolnionymi w przemysłowym procesie krakingu. Rozpuszczamy określoną ilość soli (w gramach) w charakterystycznej ilości wody (w litrach), co oznacza, że konduktancja również wyrażona jest gramach lub litrach. Sól ma właściwość absorpcji wody w procesie znanym nam jako hydroliza. Garnek soli postawiony w piwnicy zmniejszy wilgotność powietrza, na przykład przyciągając wodę z otoczenia. W roztworze stężenie soli zawsze będzie dążyło do zrównania dwóch obszarów o różnym stężeniu - innymi słowami, woda przemieści się do obszaru o wyższym stężeniu. Osmoza polega na istnieniu półprzepuszczalnych barier, umożliwiających przepływ cząsteczek wody, ale blokujących ruch jonów czy soli znajdujących się w roztworze. Jeśli w wodzie rozpuścimy dużo substancji odżywczych (a tym samym stworzymy wysoką konduktancję), sole mineralne przyciągną wodę obecną w podłożu. Utrudnia to korzeniom pobór wody z substratu. Potencjalnie może zatem wytworzyć się sytuacja, w której korzenie nie będą już w stanie pobierać wody z podłoża, nawet jeśli podłoże jest dostatecznie nawodnione. Taką sytuację nazywamy „fizjologicznym wysuszeniem” podłoża. Mimo, że taki efekt jest często nazywany „nadmiernym nawożeniem”, w rzeczywistości jest to wynik niedoboru wody w roślinie i wszystkich tego szkodliwych konsekwencji. Sól ma zdolność przyciągania cząsteczek wody. Przy dodawaniu soli do wody w prawej połowie tuby (a tym samym zwiększaniu konduktancji), cząsteczki soli będą ściągać cząsteczki wody z lewej strony, w której zasolenie jest mniejsze. Możemy zaobserwować procesy osmotyczne w działaniu w u-rurce, jeśli oddzielimy obie strony przepuszczalną membraną, taką jak kawałek łodygi. Jeżeli teraz dodamy trochę soli po jednej stronie rurki, poziom wody po tej stronie podniesie się, ponieważ zostanie przyciągnięta woda o niższej konduktancji (niższym stężeniu soli) - patrz rys. 1. Kiedy roślina pobierze składniki pokarmowe z roztworu odżywczego, musimy spróbować zwiększyć jej wartość osmotyczną (lub jej wewnętrzne stężenie soli) tak szybko, jak to możliwe. Jest to niezbędne, ponieważ wraz ze zwiększeniem objętości rośliny wskutek wzrostu i absorpcji wody, spada jej wartość osmotyczna. Sole rozprowadzają się w roślinie, która staje się bardziej miękka i jaśniejsza. Podanie korzeniom większej ilości składników pokarmowych proporcjonalnie wpłynie na wzrost. Po odparowaniu wody wykorzystywanej do transportu soli pokarmowych, sole pozostają w roślinie, zwiększając jej wewnętrzną konduktancję (wartość osmotyczną). Poprzez uzyskanie tej pozytywnej spirali narastania konduktancji w roślinie, roślina staje się bardziej zdolna do absorpcji i zatrzymania wody. Oznacza to, że woda nie wyparowuje łatwo z rośliny, dzięki czemu roślina się zbyt szybko nie odwadnia. Kiedy roślina staje się zbyt miękka, trzeba ograniczyć intensywność światła albo skrócić liczbę godzin, aby roślina nie wysychała na koniec dnia. Nawet jeśli konduktancja odgrywa tu istotną rolę, to nie jedyny czynnik, mający wpływ. Podczas narastania konduktancji wewnętrznej rośliny a następnie konduktancji podłoża ważne jest, by uwzględnić zapotrzebowanie związane ze wzrostem rośliny. To zapotrzebowanie kontrolowane jest przez asymilację. Im większa jest roślina, tym więcej potrzebuje składników pokarmowych. Składniki te są częściowo blokowane w roślinie i przekształcane na aminokwasy, białka, tłuszcze itp., ale niektóre sole odżywcze pozostają w sokach roślinnych, które determinują wewnętrzną konduktancję rośliny. Po zakończeniu fazy wzrostu wegetatywnego, roślina nadal może absorbować znaczne ilości potasu, korzystnie wpływających na wewnętrzną wartość osmotyczną i zalążnie. Zalążnie nie są zapłodnionymi „nasionami”. Mimo tego ta zwiększona absorpcja kiedyś się kończy. Po ok. 60% cyklu uprawy, roślina przyjmie wystarczająco substancji pokarmowych z zasobów w podłożu. Kiedy woda w podłożu wyparuje, sole pozostaną. W związku z tym, w ostatnich tygodniach wzrostu, w większości przypadków, należy przerwać odżywianie rośliny. Mamy kubeł zawierający 10 litrów roztworu nawozu o konduktancji 2 mS/cm. Oznacza to, że kubeł zawiera 20 gramów soli odżywczych (substancji odżywczych). (2.0 g/l X 10 litrów). Jeżeli 9 litrów wody wyparuje, pozostanie 1 litr wody, o konduktancji 20 (przewodność elektryczna = 20 gramów soli w 1 litrze wody). W rzeczywistości, taki ekstremalny przypadek nie wystąpiłby, a dodatkowo - przy uprawie w glebie jest dodatkowy proces buforowania, do pewnego stopnia wiążący sole odżywcze z substratem organicznym, ale zasada nadal obowiązuje. Dodanie 9 litrów wody przywróci konduktancję do poziomu 2 mS/cm. Jeżeli w kuble jest roślina, która zaabsorbuje z roztworu 5 gramów soli, możemy to dodać przy uzupełnianiu wody, aby zachować wartość konduktancji 2.0. Jeżeli, przykładowo, wymagane jest dolanie 5 litrów wody, należy dodać 5 gramów soli, albo, mówiąc w skrócie: uzupłenić 5 litrami wody o konduktancji 1.0 (g/l) albo mS/cm. To podstawowa zasada nawożenia. Staramy się utrzymać w pojemniku określony poziom substancji odżywczych, udostępniający roślinie odpowiednie zaopatrzenie w substancje pokarmowe. Mówiąc ogólnie, powinniśmy obniżyć konduktancję w ostatnim okresie. W systemie, który można opróżnić możemy sami ograniczyć substancje odżywcze przeprowadzając płukanie roztworem z niższą konduktancją. Substrat w systemach opróżnianych koryguje się łatwiej. W systemach nieopróżnianych ilość substancji pokarmowych można tylko zwiększać, dodając je stale w ramach sukcesywnych procesów żywienia. Roślina niemal nie wymaga dodatkowego odżywiania w ostatnich tygodniach uprawy. Do utrzymania poziomu substancji odżywczych w doniczce i zapewnienia stabilnej konduktancji wystarczy kontynuować odżywianie.

Podsumowanie

Rozumienie zależności między przewodnością elektryczną a twardością wody jest kluczowe dla oceny jej jakości i doboru odpowiednich metod uzdatniania, zarówno w przemyśle, jak i w gospodarstwach domowych. Regularne pomiary i odpowiednie działania pozwalają na minimalizację problemów związanych z twardą wodą i zapewnienie optymalnych warunków dla różnych procesów technologicznych i codziennego użytku.

tags: #twarda #woda #przewodność #elektryczna