Konduktivitetssensorer: Overvåking av vannkvalitet

Hva er konduktivitet?

Konduktivitet er vannets evne til å lede elektrisitet. Ledningsevnen forutsetter at ioner i vannet er ladningsbærere. Rent vann inneholder ingen ioner (bortsett fra et og annet vannmolekyl), og er derfor en svært dårlig leder av elektrisitet. Men når vann tar opp kjemiske salter, tilfører disse saltene ioner til vannet når de oppløses. Når ionestyrken i vannet øker, øker også ledningsevnen – jo «saltere» vannet er, desto høyere er ledningsevnen.

Merk at en ledningsevnemåling ikke nødvendigvis forteller deg konsentrasjonen av ioner i vannet, fordi ulike ioner bidrar ulikt til ledningsevnen. Store, uhåndterlige ioner, som acetat, bidrar ikke til å lede elektrisitet særlig godt. Små, raske ioner, som H+, gir et mye høyere bidrag til ledningsevnen per ion. Siden naturlig vann vanligvis er en blanding av ioner i stadig endring, er en ledningsevnemåling bare en relativ måling av ionekonsentrasjonen.

Saltholdighet beregnes ofte ut fra konduktivitet ved å anta at vannet har en kjemisk sammensetning som er svært lik sjøvann. I sjøvann er en ledningsevne på 55 000 µS/cm omtrent det samme som en saltholdighet på 35 PSS (PSS er den praktiske saltholdighetsskalaen, som har erstattet de tradisjonelle ppt-saltholdighetsenhetene). Saltholdighet er teknisk sett kun definert for små fortynninger og konsentrasjoner av saltvann, og brukes derfor sjelden i ferskvannsarbeid.

Hvorfor er konduktivitet viktig i overvåking av vannkvalitet?

Fra et kjemisk synspunkt kan konduktivitetsmålinger brukes til å overvåke stabiliteten i en vannforekomst. En uforandret konduktivitet betyr vanligvis at ingen kjemikalier tilsettes eller trekkes fra vannet. En økning i konduktiviteten kan tyde på en økning i ioner fra en forurensningskilde, for eksempel et avløpsutslipp, avrenning fra landbruket eller tidevannsinntrenging. En nedgang i ledningsevnen kan indikere en reduksjon i tilførselen av kjemikalier og/eller en økning i ferskvannstilførselen (for eksempel fra en nedbørshendelse).

Konduktivitetsmålinger kan også brukes til å bedømme biologisk helse, fordi noen plante- og dyrearter er følsomme for høye eller lave ledningsevner. Østers, for eksempel, trives ikke godt i sterkt fortynnet sjøvann. Ferskvannsfisk trives ikke i saltvann.

Konduktivitetsmålinger kan også brukes til å trekke slutninger. For eksempel er det vanlig ved overvåking av ferskvannsstrender å anta at en plutselig økning i konduktivitet skyldes forurensning av avløpsvann eller avrenning fra nedbør – som begge vanligvis er forbundet med høye bakterietall. Dermed kan økningen i konduktivitet være en grunn til å stenge strendene.

Til slutt brukes ledningsevnemålingene til å korrigere vannstandsmålinger og målinger av oppløst oksygen. Økt ledningsevne betyr økt tetthet i vannet, slik at vannstandsmålingene må reduseres for å kompensere for dette. Økt ledningsevne reduserer også løseligheten av oksygen i vann, så beregninger av oksygenmetning i prosent må økes for å kompensere.

Hvordan måles konduktivitet?

Konduktivitet måles oftest med toroidale sensorer eller sensorer med fire elektroder. Toroidale sensorer finnes sjelden i multisonder fordi de har dårlig følsomhet ved lave konduktiviteter. Fireelektrodesensorer fungerer ved å måle strømmen som kreves for å opprettholde en fast spenning mellom to elektrodepar som er adskilt av en fast vanngeometri. Begge metodene er mer enn tilstrekkelige for de fleste studier av naturlig vann.

Hvordan kalibrerer du konduktivitetssensorer?

Konduktivitetssensorer kalibreres med én standard, og denne standarden er nesten alltid en kjent konsentrasjon av kaliumklorid (KCl). Verdien som kalibreres, avhenger av bruksområdet – for svært ferskt vann er en standard med lav konduktivitet best, og omvendt. Velg en kalibreringsstandard som er litt høyere enn den høyeste avlesningen du forventer å se i felten.

Hvilke andre parametere påvirker konduktivitetsmålingene?

Konduktivitet er en direkte måling av elektrisk ledningsevne, og den elektriske ledningsevnen varierer med vanntemperaturen. Vann ved 15 °C har lavere ledningsevne enn det samme vannet ved 30 °C. For å gjøre det lettere å sammenligne konduktivitetsmålinger er det vanlig å «korrigere» målingene til 25 °C – det vil si å rapportere konduktiviteten slik den ville vært hvis vanntemperaturen ble endret til 25 °C. Avlesninger korrigert til 25 °C kalles «spesifikk konduktans» i stedet for konduktivitet.