مجسات التوصيلية: مراقبة جودة المياه

ما هي الموصلية؟

التوصيلية هي قدرة الماء على توصيل الكهرباء. ويتطلب هذا التوصيل أن تكون الأيونات في الماء حاملة للشحنات. لا يحتوي الماء النقي على أيونات (باستثناء جزيئات الماء المارقة العرضية)، وبالتالي فهو موصل ضعيف للغاية للكهرباء. ولكن عندما يلتقط الماء الأملاح الكيميائية، تضيف هذه الأملاح أيونات إلى الماء عندما تذوب. لذا كلما زادت القوة الأيونية للماء، زادت الموصلية الكهربائية – فكلما زادت “ملوحة” الماء، زادت الموصلية الكهربائية.

لاحظ أن قياس التوصيلية لا يخبرك بالضرورة بتركيز الأيونات في الماء، لأن الأيونات المختلفة لها إسهامات مختلفة في التوصيلية. لا تساعد الأيونات الكبيرة غير الضخمة، مثل الأسيتات، في توصيل الكهرباء بشكل جيد. أما الأيونات الصغيرة والسريعة، مثل H+، فتسهم في التوصيلية الكهربائية بشكل أكبر بكثير لكل أيون. وبما أن المياه الطبيعية عادة ما تكون عبارة عن مخاليط دائمة التغير من الأيونات، فإن قراءة التوصيلية ليست سوى قياس نسبي لتركيز الأيونات.

غالبًا ما يتم حساب الملوحة من التوصيلية بافتراض أن الماء مشابه جدًا في تكوينه الكيميائي لمياه البحر. في مياه البحر، فإن الموصلية التي تبلغ 55000 ميكرو ثانية/سم تساوي تقريبًا نفس درجة الملوحة التي تبلغ 35 PSS (PSS هو مقياس الملوحة العملي، والذي حل محل وحدات الملوحة التقليدية ppt). يتم تعريف الملوحة تقنياً فقط للتخفيفات والتركيزات الصغيرة للمياه المالحة، ولذلك نادراً ما تستخدم في أعمال المياه العذبة.

ما أهمية التوصيلية في مراقبة جودة المياه؟

من وجهة نظر كيميائية، يمكن استخدام قراءات التوصيلية لمراقبة استقرار المسطح المائي. وعادة ما يعني عدم تغير الموصلية عدم إضافة أي مواد كيميائية إلى الماء أو طرحها منه. يمكن أن يشير الارتفاع في الموصلية إلى زيادة في الأيونات من مصدر تلوث، مثل مصب مياه الصرف أو الجريان السطحي الزراعي أو تسرب المد والجزر. ويمكن أن يشير الانخفاض في الموصلية إلى انخفاض في المدخلات الكيميائية و/أو زيادة في مدخلات المياه العذبة (من حدث هطول الأمطار، على سبيل المثال).

يمكن أيضًا استخدام قراءات التوصيلية للحكم على الصحة البيولوجية لأن بعض الأنواع النباتية والحيوانية حساسة للموصلية العالية أو المنخفضة. فالمحار على سبيل المثال لا يعمل بشكل جيد في مياه البحر المخففة بشكل كبير. ولا تعمل أسماك طرائد المياه العذبة بشكل جيد في المياه المالحة.

ويمكن أيضًا استخدام قراءات التوصيلية بشكل استنتاجي. فعلى سبيل المثال، من الشائع في مراقبة شواطئ المياه العذبة افتراض أن الزيادة المفاجئة في الموصلية ناتجة عن تلوث مياه الصرف الصحي أو جريان مياه الأمطار – وكلاهما يرتبط عادةً بارتفاع عدد البكتيريا. وبالتالي، قد يكون ارتفاع الموصلية سبباً لإغلاق الشواطئ.

وأخيرًا، تُستخدم قراءات التوصيلية لتصحيح قياسات مستوى الماء وقراءات الأكسجين المذاب. زيادة التوصيلية تعني زيادة كثافة الماء، لذلك يجب تقليل قياسات مستوى الماء للتعويض عن ذلك. كما أن زيادة الموصلية تقلل أيضًا من ذوبان الأكسجين في الماء، لذلك يجب زيادة حسابات النسبة المئوية لتشبع الأكسجين للتعويض عن ذلك.

كيف تُقاس التوصيلية؟

وغالبًا ما يتم قياس التوصيلية باستخدام مجسات حلقية أو مجسات رباعية الأقطاب. ونادرًا ما توجد المجسات الحلقية في أجهزة الاستشعار متعددة الأقطاب لأن حساسيتها ضعيفة عند التوصيل المنخفض. تعمل الحساسات رباعية الأقطاب الكهربائية بقياس التيار المطلوب للحفاظ على جهد ثابت بين زوجين من الأقطاب الكهربائية يفصل بينهما هندسة ثابتة من الماء. وكلتا الطريقتين أكثر من كافية لمعظم دراسات المياه الطبيعية.

كيف تقوم بمعايرة مستشعرات التوصيلية؟

تتم معايرة حساسات التوصيلية باستخدام معيار واحد، ويكون هذا المعيار دائمًا تقريبًا تركيزًا معروفًا من كلوريد البوتاسيوم (KCl). تعتمد القيمة التي تتم عندها المعايرة على التطبيق – بالنسبة للمياه العذبة جدًا، يكون معيار التوصيلية المنخفضة هو الأفضل، والعكس صحيح. اختر معيار معايرة أعلى قليلاً من أعلى قراءة تتوقع رؤيتها في الحقل.

ما هي المعلمات الأخرى التي تؤثر على قياسات التوصيلية؟

التوصيلية هي قياس مباشر للتوصيلية الكهربية، وتختلف التوصيلية الكهربائية باختلاف درجة حرارة الماء. فالماء عند درجة حرارة 15 درجة مئوية له موصلية كهربائية أقل من الماء نفسه عند درجة حرارة 30 درجة مئوية. ولتسهيل مقارنة قراءات التوصيلية الكهربائية، من المعتاد “تصحيح” القراءات إلى 25 درجة مئوية – أي الإبلاغ عن التوصيلية كما ستكون إذا تغيرت درجة حرارة الماء إلى 25 درجة مئوية. ويُشار إلى القراءات المصححة إلى 25 درجة مئوية باسم “التوصيلية النوعية” بدلاً من التوصيلية.