導電率とは?水中の塩分濃度を簡単に測る方法




水処理で水中の不純物を測る方法はいくつかありますが、最も簡易的に測定できる項目の1つが導電率です。

導電率は電気伝導率とか電気伝導度とかEC(Electrical Conductivityの略)とも呼ばれたりしますが、測定器さえあればすぐに水質がキレイかどうか判別可能です。そもそも導電率とは何を見ていて、どのレベルであればキレイな水質と呼べるのでしょうか。また、導電率は実際にどこでどのように用いられているのでしょうか。

水処理で頻繁に登場する導電率についてまとめてみました。

水中の塩分濃度ってどうやって測るの?

導電率は水処理で最も容易に測定できる水質項目の1つです。

では、そもそも導電率って水中の何を測っているのでしょうか。

すでにこの記事のタイトルに答えが書いてありますが、

ズバリ、導電率は水中の塩分を測っています。

塩分といっても水中に溶けた塩分=イオンがどの程度存在するかを測っています。

すでに学校の理科の授業で習っていて記憶にある人もいるかもしれませんが、

水中に塩分が溶けるとイオンになり、電気を通しやすくなります。

例えば、食塩水は水に食塩(塩化ナトリウム)が溶けた溶液ですが、

以下の通り、イオン化してナトリウムイオンと塩化物イオンができます。

NaCl → Na+ + Cl

電気を流した時にこのイオンが水中を移動することで電気を通します。

逆に、水中にイオンが存在しない純水の場合、電気は通しません。

導電率はこの性質を利用して水中にどれくらいイオンが存在するか、

つまり、その水がどれくらい電気を通しやすいかを測っているんですね。

おそらく学校の授業で習ったのは、電気の通しやすさではなく、

電気の通しにくさだったと思います。

これは電気抵抗という指標で表され、単位はΩ(オーム)です。

導電率はその逆の電気の通しやすさなので、その逆数をとり、

単位はS(ジーメンス)と表記されます。

水処理の世界では導電率の単位はSI単位としてはmS/mが用いられます。

実は導電率はJISで規定されており、面積1m2(1m×1m)の電極を1mの

距離を離して平行に配置した時に測定した電気抵抗の逆数として定義されます。

一方で、導電率の単位はμS/cmがよく用いられてきました。

導電率はJISの定義で測定するのが正しいのですが、直感的には上記の

電極間距離が1cm、電極面積が1cm2としたほうがわかりやすいため、

慣用的に用いられてきたのだと思います。

単位換算で迷うことが多いのですが、

10 μS/cm = 1 mS/m

です。μS/cmからmS/mに換算するには

単純に1/10倍してあげれば良いということですね。

代表的な水の導電率あれこれ

水処理では導電率を基準にだいたいどのくらいの純度の水かを

直感的に判別することがあります。

まず、水処理で扱う溶液の中で塩分濃度の高い部類に位置する海水ですが、

概ね40,000〜50,000 μS/cmの範囲の導電率になります。

ちなみにこの領域になると導電率で塩分濃度を表記するよりも、また別の指標である

TDS(Total Dissolved Solidの略)が用いられることもあります。

海水はTDS基準で35,000〜40,000 mg/L程度であることが知られています。

水処理で次によく扱う処理液としては上水ですが、

上水はだいたい100〜200 μS/cm程度です。

上水の水源は河川水や湖沼水などですが、取水する地域や時期によって

導電率の値が異なります。

また、上水と同じ水源になっている工業用水も同様に

導電率基準では100〜200 μS/cm程度です。

水処理で純度をもっと高めていくと純水になりますが、

一次純水レベルになると導電率は1 μS/cm程度になります。

一次純水の定義にもよりますが10 μS/cm以下であっても一次純水と呼ぶ人もいれば、

0.1 μS/cmくらいは一次純水と呼ぶ人もいます。

この領域になると導電率で表記するには直感的に理解しにくくなるため、

今度はその逆数の比抵抗(抵抗率)を用いることがあります。

水処理で比抵抗の単位はMΩ・cmが用いられます。

比抵抗の単位のことを業界用語的には「メグオーム」とか

単に「メグ」と呼んだりもします。

(正しくはMはメグではなく、メガのはずですが、水処理業界ではメグと呼ばれます)

0.1 μS/cmは逆数にすると1 ÷ 0.1 =10となるため、

10 MΩ・ cm(10メグ)となります。





超純水だって塩分濃度を測れる?

導電率は水の電気の通しやすさであると述べてきましたが、

最も電解質が含まれていない超純水の導電率の値をご存知でしょうか。

超純水の定義にもよりますが、理論上、イオンが溶解してない水の

導電率は0.055 μS/cmです。

これも直感的にわかりずらいので、メグオーム表記に変換すると、

約18MΩ・cmになります。

この領域になるとほとんど電気を通さない水ということになりますが、

実際には導電率では測りきれない不純物が含まれていることもあります。

超純水の水質についてはこちらの記事

「水質浄化の限界への挑戦!超純水って何?」

をご参照ください。

まとめ

水処理で最もよく用いられる水質項目の1つである導電率について

ご紹介しましたが、いかがだったでしょうか。

今回取り上げた代表的な水の導電率の値は頭にいれておくと、

実際に水処理の実務を行う際に、直感的にその水がどれくらいの

純度なのか理解しやすいかと思います。

導電率は純水製造等の用水・給水処理で用いられる単位と思われがちですが、

排水処理でも塩分濃度を把握する際には役立ちます。

その際も今回取り上げた水の導電率基準で、排水の塩分濃度を把握することで、

その水の性状を直感的に理解しやすくなるかと思います。