معرفی کامل سختی آب (TDS) و هدایت الکتریکی آب (EC)

هدایت الکتریکی آب (EC)

عبارت EC مخفف electrical conductivity به معنی ”هدایت الکتریکی“ است و بر حسب μS/cm یا ”میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر“ اندازه‌گیری می‌شود. EC یا همان هدایت الکتریکی توانایی انتقال جریان الکتریکی توسط محلول را نشان می دهد. EC به غلظت یون محلول، قدرت یونی و دمای مایع بستگی دارد. هر چه جریان عبوری از آب بیشتر باشد، هدایت الکتریکی آب (EC) بالاتر است که نشان می‌دهد آب دارای یون‌های بیشتری است. آب خالص به دلیل نداشتن یون، جریان برق را از خود عبور نمی‌دهد.

سختی آب (TDS)

سختی آب عبارت است از نمک‌های معدنی مانند منیزیم، پتاسیم، سدیم و کلسیم و مقادیر بسیار کمی از مواد آلی محلول در آب که با TDS نشان داده می‌شود. عبارت TDS مخفف total dissolved solids به معنی ”کل مواد جامد محلول“ است و بر حسب ppm یا ”قسمت در میلیون“ اندازه‌گیری می‌شود. سختی آب (TDS) غلظت ذرات یونی و غیر‌یونی محلول در آب را نشان می‌دهد. اگرچه سختی آب (TDS) تاثیر بدی بر سلامتی افراد ندارد، اما می‌توان از آن برای اندازه‌گیری کیفیت کلی آب آشامیدنی و پیگیری تغییر کیفیت آب در طول زمان استفاده کرد.

تفاوت بین EC و TDS

هدایت الکتریکی آب (EC) ظرفیت آب برای انتقال الکتریسیته را اندازه‌گیری می‌کند که حاصل وجود یون‌ها در آب است. آب خالص نارسانا است. یون‌ها از انحلال نمک‌ها در آب به وجود می‌آیند و عامل رسانایی الکتریکی آب هستند. هرچه میزان یون‌ها در یک نمونه آب بیشتر باشد، هدایت الکتریکی آن نیر بیشتر خواهد بود. این رابطه تا جایی ادامه می‌یابد که آب اشباع شود. بنابراین هدایت الکتریکی آب (EC) تنها به ذراتی که رسانای الکتریکی هستند یعنی یون‌ها بستگی دارد. اما سختی آب (TDS) به کل مواد جامد محلول در آب بستگی دارد، خواه رسانای الکتریکی باشند یا خواه نباشند. تفاوت در لحاظ کردن ذرات نارسانا است یعنی موادی که به صورت غیر یونی در آب حل می‌شوند.

نکته مهم: اندازه‌گیری مقدار EC بسیار ساده تر از TDS است، لکن TDS کیفیت آب را بهتر و دقیق‌تر از EC نشان می‌دهد.

رابطه بین EC و TDS

هدایت الکتریکی آب (EC) و سختی آب (TDS) پارامترهایی برای توصیف میزان شوری آب هستند. رابطه بین TDS و EC برای هر نمونه آب فرق دارد و به غلظت و نوع ناخالصی‌های موجود در آب بستگی دارد. این دو پارامتر همبستگی بالایی دارند و معمولاً یک رابطه خطی بین آنها برقرار است: TDS = k * EC (در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد). برای مقادیر EC در دامنه ۱۰۰۰۰ تا ۷۵۰۰۰ μS/cm، رابطه بالا به این صورت است:

EC * 7/0 = TDS

به دست آوردن TDS از EC

فرآیند به دست آوردن سختی آب (TDS) بسیار پیچیده‌تر از فرایند به دست آوردن هدایت الکتریکی آب (EC) است. سختی آب (TDS) با استفاده از روش وزن‌سنجی در آزمایشگاه برآورد می‌شود. اما هدایت الکتریکی آب (EC) را می‌توان به راحتی و درجا به کمک یک وسیله قابل‌حمل اندازه‌گیری کرد. به همین دلیل معمولاً مقدار سختی آب (TDS) را به راحتی از مقدار هدایت الکتریکی آب (EC) به دست می‌آورند. فقط باید مقداری برای نسبت بین آنها در نظر گرفت. این نسبت را که در رابطه بالا با k نشان داده شده، معمولا ۷/۰ در نظر می‌گیرند.

EC * 7/0 = TDS

لازم به یادآوری است که رابطه بین TDS و EC برای هر نمونه آب فرق دارد و به غلظت و نوع ناخالصی‌های موجود در آب بستگی دارد.

منشاء سختی آب (TDS)

مواد معدنی از راه‌های مختلفی می‌توانند وارد آب و در آن حل شوند. این راه‌ها می‌توانند فعالیت‌های طبیعی و یا اقدامات انسانی باشند.

رسوبات طبیعی

میزان سختی آب به بستری که آب در آن جریان می‌یابد و یا در آن نفوذ می‌کند بستگی دارد. منشا طبیعی سختی آب سنگ‌های رسوبی مانند سنگ آهک و گچ هستند. سختی آب نتیجه وجود یون‌های فلزی چند‌ظرفیتی محلول در آن است. کلسیم و منیزیم، دو یون اصلی در ایجاد سختی آب هستند. سایر یون‌های چندظرفیتی مانند آلومینیوم، باریم، آهن، منگنز، استرانسیم و روی سهم کمی در ایجاد سختی آب دارند.

اقدامات انسانی

فعالیت‌های کشاورزی و یا اقدامات شهری می‌تواند موجب حل شدن مقادیر بیشتری از جامدات در آب شود. اقداماتی مانند دفع فاضلاب شهری و صنعتی و یا نمک‌پاشی سطح جاده‌ها برای جلوگیری از یخ زدن آنها از این دست هستند.

حد مطلوب TDS و EC در آب آشامیدنی

در اکثر کشورها TDS به عنوان یک استاندارد ثانویه برای کیفیت آب در نظر گرفته می‌شود. این بدین معنی است که بالا یا پایین بودن مقدار TDS آب به تنهایی نمی‌تواند خطرناک باشد. استانداردهای که بر حسب TDS و EC بیان می‌شوند همگی آب را بر حسب میزان نمک موجود در آن طبقه‌بندی می‌کنند نه معیارهای بهداشتی. به عبارت دیگر به کیفیت طعم و مزه آب آشامیدنی توجه دارند.

حد مطلوب برای TDS بین ۵۰۰ میلی‌گرم در لیتر و ۱۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر است.

حد مطلوب برای EC کمتر از ۱۵۰۰ میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر است.

طبقه‌بندی آب بر اساس سختی (TDS)

• آب بر اساس میزان سختی به چهار گروه طبقه‌بندی می‌شود:
• آب شیرین (freshwater) با TDS کمتر از ۱۰۰۰ میلی گرم در لیتر
• آب لب‌شور (brackish water) با TDS بین ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر
• آب شور (saline water) با TDS بین ۱۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر
• شورآب (brine water) با TDS بیشتر از ۱۰۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر
• طبقه‌بندی آب بر اساس رسانایی الکتریکی (EC)
• آب بر اساس میزان رسانایی الکتریکی به شش گروه طبقه‌بندی می‌شود:
• غیر‌نمکی (non-saline) با EC کمتر از ۷۰۰ μS/cm
• کمی شور (slightly saline) با EC بالاتر از ۷۰۰ و کمتر از ۲۰۰۰ μS/cm
• نسبتاً شور (moderately saline) با EC بالاتر از ۲۰۰۰ و کمتر از ۱۰۰۰۰ μS/cm
• بسیار شور (highly saline) با EC بالاتر از ۱۰۰۰۰ و کمتر از ۲۵۰۰۰ μS/cm
• بسیار بسیار شور (very highly saline) با EC بالاتر از ۲۵۰۰۰ و کمتر از ۴۵۰۰۰ μS/cm
• شورآب (brine water) با EC بیش از ۴۵۰۰۰ μS/cm

روش‌های کاهش سختی آب

بالا بودن سختی آب (TDS) می‌تواند نشانه کیفیت پایین آب باشد. در اینجا به سه روش برای کاهش سختی آب اشاره می‌شود.

اسمز معکوس (فیلتر ممبران)

استفاده از فیلتر ممبران بهترین راه برای کاهش سختی آب (TDS) است. فیلتر ممبران بسیار موثر است و بیش از ۹۵% سختی آب را حذف می‌کند. به عنوان مثال، اگر سختی آب (TDS) قبل از تصفیه ۵۰۰ میلی گرم در لیتر باشد، مقدار آن بعد از عبور از فیلتر ممبران حدود ۲۵ خواهد شد یعنی ۵% مقدار اولیه.

تقطیر آب

تقطیر اکثر ناخالصی‌های آب از جمله سختی آب (TDS) را از بین می‌برد. نمک‌های محلول در آب نمی‌توانند همراه آب تبخیر شوند و بنابراین از آن جدا می‌شوند.

یون‌زدایی آب

یون‌زدایی سختی آب (TDS) را کاهش می‌دهد. در این روش، آب روی یک صفحه مجهز به الکترودهای مثبت و منفی حرکت می‌کند. یون‌های مثبت جذب الکترود منفی و یون‌های منفی جذب الکترود مثبت می‌شوند و در نتیجه آب از تمام یون‌ها پاک شده و اصطلاحاً دیونیزه می‌شود. یون‌زدایی معمولاً بعد از فیلتر ممبران انجام می‌شود به این دلیل که ذرات غیر یونی قبل از یون‌زدایی، حذف شده باشند.