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:

• Щелочи.
• Соли щелочноземельных и других металлов, прежде всего хлориды и сульфиды (сульфаты).
• Карбонаты.

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 электродами 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:

1. ГОСТ 52501-2005. Для проведения лабораторных анализов - не более 0,1 и 1,0 мкСм/см для первой и второй степени соответственно.
2. ГОСТ 6709-97. Для дистиллированной воды - менее 5*10-4 См/см.
3. ФС 2.2.20020.15. Вода очищенная фармацевтического назначения - не выше 4,3 мкСм/см.
4. ФС 2.2.0019.15. Вода для приготовления лекарственных растворов и проведения инъекций.

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:

1. Концентрации заряженных частиц.
2. Состава и природы ионов.
3. Температуры жидкости.

Наибольшее влияние на электропроводность воды оказывают соли жесткости, точнее катионы натрия (Na⁺), калия (K⁺) и кальция (Ca²⁺), также анионы хлора (Cl^-) и кислотных групп (SO₄^2- 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 пресных рек: от 50 до 1500*10^-6См/м.
• Для дистиллированной воды: от 0,5 до 5*10^-6См/м.
• Для ультрачистой деионизированной: от 0,1 до 0,2*10^-6См/м.

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:

• обратный осмос;
• электродеионизация;
• ионный обмен.

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:

1. Электродиализ. Удаление катионов и анионов из воды осуществляется при помощи конселективных мембран, которые располагаются перед электродами. К ним прикладывается постоянное напряжение, обеспечивающее движение заряженных частиц.
2. Ионный обмен. Для ускорения процесса в камеру закладывается состав из специальных высокомолекулярных смол, состоящих из катионитов и анионитов. Полимеры имеют пористую структуру и поглощают заряженные частицы и замещают их.
3. Регенерация. Под действием постоянного тока происходит диссоциация молекул воды, и образующиеся при этом ионы обеспечивает восстановление обменных свойств заполнителя.

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 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.

Снижение электропроводности воды до требуемых показателей - задача исключительно сложная и для ее решения необходимо привлечение профессионалов. ООО "НПК "Диасел" приглашает к сотрудничеству предприятия, нуждающиеся в установках глубокой очистки. Комплексное решение проблем водоподготовки - наша основная специализация.