Удельная электропроводность воды что это
Электропроводность воды
В отдельных отраслях применяются исключительно жесткие требования к качеству водоподготовки. В частности, в микроэлектронике и фармацевтике одним из важнейших показателей является электропроводность воды. Способность специально подготовленной жидкости проводить ток и величина удельного сопротивления сказывается на эффективности некоторых технологических процессов.
Что такое электропроводность воды
Самая распространенная жидкость на Земле обладает способностью проводить постоянный или переменный ток.
Нормы электропроводимости природной воды
В Российской федерации требования к параметрам качества водоподготовки регламентируются государственными стандартами и другими документами. Удельные показатели электрической проводимости воды различного назначения устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами в зависимости от степени чистоты:
Жесткие технологические нормы электропроводности для воды установлены на предприятиях, выпускающих компоненты для микроэлектроники. Качество жидкости используемых в производственных процессах контролируется специализированными лабораториями и использованием сложных приборов по утвержденным методикам.
Показатели электропроводности: основные факторы
В природных водоемах содержится множество растворимых примесей неорганического происхождения. Они и определяют основные физические свойства вода, и в том числе электропроводность. Величина последней находится в прямой зависимости от ряда факторов:
При повышении температуры электропроводность воды существенной возрастает по причине роста скорости ионов, снижения их сольватированности и уменьшения показателей вязкости. При этом рост проводимости, связанный с увеличением концентрации катионов и анионов, наблюдается только до определенного предела. Достигнув максимума, она начинается уменьшаться, что обусловлено усилением взаимодействия заряженных частиц между собой и снижением степени диссоциации.
Определение показателей электропроводности воды
Уровень сопротивления жидкости электрическому току измеряется при помощи специальных приборов. Для количественного определения уровня электропроводности воды используются единицы измерения, установленные международной системой СИ. Применение унифицированных методов и стандартов в этой сфере упрощает лабораторные исследования и понимание получаемых результатов.
Единицы измерения
Для удобства в качестве единицы электропроводности воды используют производную, которая составляет одну десятитысячную от основной и записывается как мкСм/см.
Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как ppm. Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.
Методы измерений и используемые приборы
В нашей стране удельная проводимость и водородный показатель жидкости определяются электрометрическим способом. Для того чтобы точно рассчитать электропроводность воды специалисты пользуются методикой, установленной РД 52.24.495-2005. Действие этого документа распространятся на поверхностные источники водоснабжения и стоки.
Для измерения электропроводности воды применяется откалиброванный кондуктометр с электродами из нержавеющей стали. Для калибровки прибора используется стандартный раствор с показателем не менее 1500 мкСм/см, при этом отклонение от номинала не должно превышать 2%.
В ходе измерений удельной электропроводности воды фиксируется ее температура, а искомая величина определяется при помощи специальных таблиц. В случае если используются приборы с температурной компенсацией, то на экране сразу же появляется истинное значение, что существенно упрощает процесс.
Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы
Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:
Перечисленные технологии различаются по уровню эффективности и технико-экономическим параметрам. Выбор того или иного метода осуществляется с учетом показателей проводимости воды, необходимых заказчику. Рассмотрим подробнее возможности и особенности каждого из представленных способов.
Обратный осмос
Суть метода состоит в использовании полупроницаемых мембран для получения пермеата высокой очистки. В процессе обратного осмоса проводимость воды существенно уменьшается по причине ее глубокой деминерализации. Современные промышленные установки обратного осмоса отделяют до 99,9% всех примесей, в том числе и солей жесткости. Такие системы отличаются производительностью до 1000 л/ч.
Показатели электропроводности осмотической воды в зависимости от модели используемой установки колеблется в пределах от 0,1 до 5 мкСм/см. Пермеат без дополнительной обработки относиться к первой степени очистки, и может использоваться в медицине, фармацевтике и других высокотехнологичных отраслях промышленного производства. Обратноосмотические установки в настоящее время являются основными источниками очищенной воды.
Электродеионизация
В настоящее время разрабатываются и внедряются технологии глубокой очистки жидкостей от солей. Необходимые физические свойства воды, в том числе электропроводность на уровне 0,055 мкСм/см, обеспечивает метод электродеионизации. Водоподготовка с его использованием проводится в три этапа:
Очищенная и деионизированная вода обладает крайне низкой проводимостью, что позволяет ее использовать в качестве растворителей для лекарственных препаратов. Промышленные установки электродеионизации имеют высокую производительность и могут использоваться на предприятиях теплоэнергетики.
Ионный обмен
Иониты производятся на основе сетчатых полимеров, которые имеют микропористую или сетчатую структуру. Материал имеет ковалентную связь с ионогенными группами, которые в процессе диссоциации образуют пару из свободного и фиксированного иона с противоположным зарядом. Последний закреплен на полимере.
В результате ионообменного процесса заметно снижается электропроводность воды и уровень ее минерализации. Заряженные частицы из жидкости диффундируют вначале к поверхности, а затем и внутрь сорбента. Со временем способность засыпки поглощать ионы из жидкости снижается и для ее восстановления проводится регенерация с использованием рабочих растворов.
Удельная электрическая проводимость в воде
Компания Diasel Engineering предлагает эффективные технические решения по уменьшению удельной электрической проводимости воды. Предприятие осуществляет поставки оборудования систем обратного осмоса, электродеионизации и ионного обмена. Наши специалисты выполняют монтаж установок водоподготовки, необходимые пусконаладочные работы и обеспечивают их техническое обслуживание.
Электропроводность воды
В отдельных отраслях применяются исключительно жесткие требования к качеству водоподготовки. В частности, в микроэлектронике и фармацевтике одним из важнейших показателей является электропроводность воды. Способность специально подготовленной жидкости проводить ток и величина удельного сопротивления сказывается на эффективности некоторых технологических процессов.
Физическое свойство вода — проводимость регламентируются для таких отраслей требованиями действующих нормативных документов. В статье рассматриваются основные факторы определяющие уровень ее сопротивления, единицы, методы и приборы для измерений. Читателю предлагается обзор наиболее эффективных способов снижения означенных показателей с использованием профессионального оборудования.
Что такое электропроводность воды
Самая распространенная жидкость на Земле обладает способностью проводить постоянный или переменный ток.
Электропроводности воды — это количественная характеристика этого ее свойства, которое определяется наличием заряженных частиц — положительных и отрицательных ионов. К последним относятся химические элементы, входящие в состав следующих органических и неорганических соединений:
Этот показатель тем выше, чем больше в жидкости находится положительно заряженных ионов — катионов и отрицательных — ионов. Т.е. электропроводность напрямую связана с солесодержанием воды. Удельная электропроводность воды находится в обратной зависимости с сопротивлением воды и определяется для объема жидкости, который находится в промежутке между двумя электронами площадью в 1 см2. Последние при этом располагаются на расстоянии в 1 см друг от друга.
Нормы электропроводимости природной воды
В Российской федерации требования к параметрам качества водоподготовки регламентируются государственными стандартами и другими документами. Удельные показатели электрической проводимости воды различного назначения устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами в зависимости от степени чистоты:
Жесткие технологические нормы электропроводности для воды установлены на предприятиях, выпускающих компоненты для микроэлектроники. Качество жидкости используемых в производственных процессах контролируется специализированными лабораториями и использованием сложных приборов по утвержденным методикам.
Показатели электропроводности: основные факторы
В природных водоемах содержится множество растворимых примесей неорганического происхождения. Они и определяют основные физические свойства вода, и в том числе электропроводность. Величина последней находится в прямой зависимости от ряда факторов:
Наибольшее влияние на электропроводность воды оказывают соли жесткости, точнее катионы натрия (Na+), калия (K+) и кальция (Ca2+), также анионы хлора (Cl-) и кислотных групп (SO42- и HCO3-). Наличие в жидкости ионов двух- и трехвалентного железа (Fe2+, Fe3+), а также марганца (Mn2+) и алюминия (Al3+) в незначительных концентрациях практически не сказывается на удельном сопротивлении.
При повышении температуры электропроводность воды существенной возрастает по причине роста скорости ионов, снижения их сольватированности и уменьшения показателей вязкости. При этом рост проводимости, связанный с увеличением концентрации катионов и анионов, наблюдается только до определенного предела. Достигнув максимума, она начинается уменьшаться, что обусловлено усилением взаимодействия заряженных частиц между собой и снижением степени диссоциации.
Определение показателей электропроводности воды
Уровень сопротивления жидкости электрическому току измеряется при помощи специальных приборов. Для количественного определения уровня электропроводности воды используются единицы измерения, установленные международной системой СИ. Применение унифицированных методов и стандартов в этой сфере упрощает лабораторные исследования и понимание получаемых результатов.
Единицы измерения
В нашей стране для измерения проводимости воды используются специальная единица — См/м (Сименс на метр). Она соотносится с удельным сопротивлением как 1 См/м= 1/1 Ом/м. При этом описываемый показатель для природной воды составляет:
Для удобства в качестве единицы электропроводности воды используют производную, которая составляет одну десятитысячную от основной и записывается как мкСм/см.
Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как ppm. Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.
Методы измерений и используемые приборы
В нашей стране удельная проводимость и водородный показатель жидкости определяются электрометрическим способом. Для того чтобы точно рассчитать электропроводность воды специалисты пользуются методикой, установленной РД 52.24.495-2005. Действие этого документа распространятся на поверхностные источники водоснабжения и стоки.
Для измерения электропроводности воды применяется откалиброванный кондуктометр с электродами из нержавеющей стали. Для калибровки прибора используется стандартный раствор с показателем не менее 1500 мкСм/см, при этом отклонение от номинала не должно превышать 2%.
В ходе измерений удельной электропроводности воды фиксируется ее температура, а искомая величина определяется при помощи специальных таблиц. В случае если используются приборы с температурной компенсацией, то на экране сразу же появляется истинное значение, что существенно упрощает процесс.
Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы
Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:
Перечисленные технологии различаются по уровню эффективности и технико-экономическим параметрам. Выбор того или иного метода осуществляется с учетом показателей проводимости воды, необходимых заказчику. Рассмотрим подробнее возможности и особенности каждого из представленных способов.
Обратный осмос
Суть метода состоит в использовании полупроницаемых мембран для получения пермеата высокой очистки. В процессе обратного осмоса проводимость воды существенно уменьшается по причине ее глубокой деминерализации. Современные промышленные установки обратного осмоса отделяют до 99,9% всех примесей, в том числе и солей жесткости. Такие системы отличаются производительностью до 1000 л/ч.
Показатели электропроводности осмотической воды в зависимости от модели используемой установки колеблется в пределах от 0,1 до 5 мкСм/см. Пермеат без дополнительной обработки относиться к первой степени очистки, и может использоваться в медицине, фармацевтике и других высокотехнологичных отраслях промышленного производства. Обратноосмотические установки в настоящее время являются основными источниками очищенной воды.
Электродеионизация
В настоящее время разрабатываются и внедряются технологии глубокой очистки жидкостей от солей. Необходимые физические свойства воды, в том числе электропроводность на уровне 0,055 мкСм/см, обеспечивает метод электродеионизации. Водоподготовка с его использованием проводится в три этапа:
Очищенная и деионизированная вода обладает крайне низкой проводимостью, что позволяет ее использовать в качестве растворителей для лекарственных препаратов. Промышленные установки электродеионизации имеют высокую производительность и могут использоваться на предприятиях теплоэнергетики.
Ионный обмен
Данная технология обеспечивает эффективное удаление заряженных частиц из жидкости при сравнительно небольших затратах. Значительное снижение ионной проводимости воды достигается за счет использования специальных веществ: ионитов или катионитов. Они выпускаются в виде заполнителей для ионообменных систем — фильтров смешанного действия.
Иониты производятся на основе сетчатых полимеров, которые имеют микропористую или сетчатую структуру. Материал имеет ковалентную связь с ионогенными группами, которые в процессе диссоциации образуют пару из свободного и фиксированного иона с противоположным зарядом. Последний закреплен на полимере.
В результате ионообменного процесса заметно снижается электропроводность воды и уровень ее минерализации. Заряженные частицы из жидкости диффундируют вначале к поверхности, а затем и внутрь сорбента. Со временем способность засыпки поглощать ионы из жидкости снижается и для ее восстановления проводится регенерация с использованием рабочих растворов.
Удельная электрическая проводимость в воде
Компания ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ предлагает эффективные технические решения по уменьшению удельной электрической проводимости воды. Предприятие осуществляет поставки оборудования систем обратного осмоса, электродеионизации и ионного обмена. Наши специалисты выполняют монтаж установок водоподготовки, необходимые пусконаладочные работы и обеспечивают их техническое обслуживание.
Электропроводность
Синонимы: проводимость, электрическая проводимость, удельная электрическая проводимость.
Описание: параметр, характеризующий способность воды проводить электрический ток, который опосредованно показывает содержание в воде электролитов, т.е. растворенных солей — косвенный показатель минерализации водных растворов. Измеряется в мкСм (микросименс) на см. Сименс — обратная величина по отношению к ому, поэтому электропроводность можно рассчитать, исходя из показателя удельного сопротивления, и наоборот.
Электропроводность очень приблизительно характеризует минерализацию воды и не даёт никакой информации о компонентном составе. Распространённые приборы «солемеры», которые переводят показатель электропроводности в минерализацию или жёсткость, обладают крайне низкой точностью, поэтому не стоит полагаться на результаты таких измерений. Жёсткость, минерализация и другие параметры должны определяться методами количественного химического анализа по специальным методикам.
Методы определения: кондуктометрия.
Методики, используемые в Испытательном центре МГУ для определения электропроводности растворов
| Нормативный документ на методику | Метод определения | Оборудование |
|---|---|---|
| Вода | ||
| РД 52.24.495-2005 | кондуктометрия | Hanna Instruments 98304 |
| Почва | ||
| ГОСТ 26423-85 | кондуктометрия | Hanna Instruments 98304 |
Распространённость: все типы природных вод содержат в себе растворённые соли, и, таким образом, обладают электропроводностью, отличной от нуля. Это хорошо, поскольку естественная минерализация воды, которую мы используем для питья, поддерживает внутренние системы организма в нормальном состоянии. Наименьшей электропроводностью обладают дождевая и талая вода, наибольшей — морская вода и вода соляных озер.
Удельная электрическая проводимость некоторых типов вод
| Природная среда | Электропроводность, мкСм/см |
|---|---|
| вода морская | 30 000 |
| земля влажная | 100 |
| вода дистиллированная | 1 |
Нормирование
Электропроводность не нормируется в отечественных нормативных документах, хотя присутствует в документах Европейского Союза (предельное значение — 2 500 мкСм/см). Вместо электропроводности в Российской Федерации ограничивается минерализация. Мы добавили этот параметр в наши наборы, поскольку для эксплуатации некоторых бытовых приборов, таких как утюги, парогенераторы, очистители воздуха, стиральные машины, бойлеры требуется использовать воду определённого качества, которое характеризуется в том числе электропроводностью.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) кальция в различных водных объектах
| Нормирование | ПДК, мг/л |
|---|---|
| Бутилированная вода первой категории СанПиН 2.1.4.1116-02 | — |
| Бутилированная вода высшей категории СанПиН 2.1.4.1116-02 | — |
| Вода систем централизованного водоснабжения СанПиН 2.1.4.1074-01 | — |
| Водные объекты рыбохозяйственного значения Приказ Минсельхоза РФ № 552 | — |
| Объекты рекреационного водопользования СанПиН 2.1.5.980-00 | — |
| Вода плавательных бассейнов СанПиН 2.1.2.1188-03 | — |
| Сточные воды в бытовых системах водоотведения Постановление Правительства РФ № 644 | — |
| Сточные воды в ливневых системах водоотведения Постановление Правительства РФ № 644 | — |
Польза и вред. Методы очистки воды
Поскольку электропроводность приблизительно отражает минерализацию, польза и вред этого параметра для организма, а также методы очистки воды аналогичным таковым у минерализации. В случае приборов использование воды со слишком низкой или высокой электропроводностью может привести к выходу прибора из строя, при этом гарантийные обязательства могут не распространяться на приборы, сломанные в результате использования воды с ненадлежащей электропроводностью.
Электропроводность и удельное сопротивление водной среды: основные факторы влияния и особенности измерения
Требования к качеству воды в некоторых сферах деятельности человека являются довольно строгими – к примеру, это касается таких сфер, как фармацевтика, пищепром, микроэлектроника и т. д. И в числе наиболее важных параметров, изучаемых в ходе исследования водной среды, находятся электропроводность (проводимость) и удельное сопротивление. Именно свойство жидкой среды проводить электроток имеет сильное и во многом решающее влияние на правильность прохождения множества технологических процессов. Не случайно данная физическая способность воды находит обязательное отражение в различных регламентирующих документах в виде определённых нормативов. Поговорим о ключевых факторах, определяющих удельное сопротивление и электропроводность, единицах, в которых выражаются их значения, а также специальных профессиональных приборах, предназначенных для эффективного контроля этих параметров.
Что понимают под электропроводностью воды
Всем известен тот факт, что вода наделена способностью проводить электрический ток – переменный либо постоянный. Об этом нам твердили ещё на школьных уроках безопасности жизнедеятельности. Количественная характеристика этой способности как раз и называется электропроводностью или электропроводимостью. Проводимость характеризуется наличием позитивно либо отрицательно заряженных частиц – ионов. Причём показатель электропроводности находится в зависимости от концентрации в жидком образце ионов разной заряженности, то есть, по сути наличия таких «загрязнителей», как соли, щелочи либо кислоты. Тем самым, проводимость прямо связана с показателями солесодержания. Удельная электропроводность состоит в обратной зависимости с другой величиной – сопротивлением. Её значение служит важным критерием в ходе оценивания качества ультрачистой воды.
Стандарты электропроводимости природной воды, принятые в России
В нашей стране, как уже было сказано, параметры качества воды при водоподготовке регулируются посредством госстандартов и другой разрешительной документации. Между тем, показатели электропроводимости зависят от того, в какой сфере и для чего планируется использование водного сырья. Так, к примеру, для лабораторных анализов ГОСТом 52501-2005 установлены пределы не выше 0.1 и 1.0 мкСм/см, в зависимости от того, какова степень чистоты воды – первая либо вторая. Дистиллированная вода, согласно ГОСТу 6709-97, должна демонстрировать значения ниже 5*10-4 См/см. Что же касается воды, предназначенной для применения в фармацевтике, то проводимость тока для неё, в соответствии с ФС 2.2.20020.15, не может быть выше 4.3 мкСм/см.
Помимо фармацевтики, крайне жёсткие технологические стандарты воды приняты на предприятиях, которые производят различные составляющие для микроэлектроники. Вот почему для анализа качества водоподготовки здесь служат не просто контрольно-измерительные приборы, а целые специализированные лаборатории, укомплектованные сложным и высокоточным оборудованием, работающим в соответствии с утверждёнными алгоритмами.
Какие факторы имеют влияние на значения электропроводности
Главные физические свойства водной среды определяются с учётом растворимых неорганических примесей, которые в ней содержатся. Не является исключением и электропроводность. Её величина прямо зависит от таких условий, как степень нагрева (температура) среды, состав ионов и их природа, а также содержание заряженных частиц. Причём не все из них оказывают одинаковое влияние на данный физический параметр жидкости: к примеру, удельное сопротивление жидкости почти не зависит от небольших концентраций марганца и алюминия в ней, в то время как наиболее «влиятельными» являются соли жёсткости – катионы натрия, аниона хлора и прочие.
С увеличением степени нагрева жидкости возрастает скорость движения ионов, а также меняются некоторые их свойства, поэтому электропроводность раствора также значительно возрастает. Что же касается зависимости электропроводимости от концентрации катионов и анионов, то рост возможен лишь до определённого порога, по достижении которого проводимость начинает снижаться. При повышении температуры сверхчистой воды всего на 1 С проводимость возрастёт уже на 6%. Вот почему для получения действительно корректных измерений следует приводить анализируемый образец к температуре 25 С. Благо, современные приборы для определения проводимости – кондуктометры – способны выполнять это в автоматическом режиме, с помощью встроенной температурной компенсации. Однако для достижения максимально достоверных результатов при исследованиях электропроводности непременно измеряют и температуру образцов.
Единицы измерения электропроводности воды
Как мы уже говорили, степень сопротивления воды электротоку определяют посредством особых приборов. Для этого приняты единицы измерения, которые определены и унифицированы по международной системе СИ – для упрощения исследований и их дальнейшего анализа. В России единицей исследования проводимости служит См/м (Сименс на метр). Название этой единицы принято в честь основателя компании Сименс – Эрнста Вернера фон Сименса, именитого немецкого учёного и изобретателя. С удельным сопротивлением этот параметр соотносится как 1 См/м = 1/1 Ом/м. Для определения проводимости в нашей стране применяют кондуктометры, дополненные датчиками проводимости.
В Соединённых Штатах Америки вместо мкСм/см для выявления электропроводности применяют параметр TDS, который измеряется в ppm и характеризует содержание в жидкости растворимых солей. Так или иначе, перевести любую «местную» единицу проводимости в международную можно, используя таблицы корректирующих коэффициентов.