Twarda Woda a Przewodność Elektryczna: Kompleksowe Omówienie
- Szczegóły
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.
Każdy, kto kiedykolwiek zmagał się z wyborem odpowiedniego systemu uzdatniania wody, z pewnością spotkał się z pojęciami takimi jak przewodność wody oraz jej twardość. Czy jednak wiemy, w jaki sposób te dwa parametry są ze sobą powiązane i jak wpływają na jakość wody, którą codziennie używamy?
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 dowolnego materiału do przewodzenia energii elektrycznej. Przewodnictwo (przewodność) elektryczna wody jest miarą zdolności wody do przewodzenia prądu elektrycznego. Zależy od ilości zanieczyszczeń w wodzie. Im więcej zanieczyszczeń tym większa wartość przewodnictwa. Mówiąc inaczej im woda bardziej brudna tym lepiej przewodzi prąd. Idealnie czysta woda niemalże nie przewodzi prądu. Przewodność elektryczna wody zależy również od jej temperatury.
W praktyce jednak korzystamy z przewodności elektrycznej wody, do określenia stopnia zanieczyszczenia i mineralizacji wody. Im wyższa przewodność elektryczna (nazywana też konduktancją) tym więcej zanieczyszczeń i minerałów znajduje się w wodzie.
Przeczytaj także: Wszystko o twardej wodzie
W większości przypadków zmiękczacz przed odwróconą osmozą jest wręcz obowiązkowy, obniżając twardość wody, zabezpieczając membranę osmotyczną przed zatykaniem oraz zapewniając jej optymalne parametry pracy.
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 zaledwie kilkudziesięciu μS/cm. W związku z tym, większość przenośnych konduktometrów pokazuje również wartość TDS, czyli zawartość substancji rozpuszczonych.
Przeczytaj także: Jak pozbyć się osadu z twardej wody?
Większość urządzeń do mierzenia przewodności elektrycznej wody pokazuje tą wartość w TDS (czyli zawartość substancji rozpuszczonych). TDS oznacza całkowitą ilość soli rozpuszczonych. Podobnie jak przewodność jest jednostką definiującą stopień zanieczyszczenia wody. Pomiar przewodności wykonuje się również po to aby oszacować ogólną zawartość soli rozpuszczonych (TDS - total dissolved solids).
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.
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).
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. Membrana stosowana w takich systemach filtruje wszystkie rozpuszczone substancje i pozwala na produkcję wody o najwyższej czystości.
Przeczytaj także: Jak rozpoznać twardą wodę?
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 korzysta się np. 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.
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 z kolei 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.
tags: #twarda #woda #przewodność #elektryczna
