Kalkulator tworzenia i wytrącania osadów w wodzie

Wstępnie oceń tworzenie osadów węglanu wapnia, siarczanu wapnia, siarczanu baru, siarczanu strontu, fluorku wapnia, krzemionki i wodorotlenku magnezu na podstawie analizy wody. Kalkulator podaje również siłę jonową, współczynniki aktywności, indeks nasycenia Langeliera (LSI) oparty na aktywnościach oraz indeks stabilności Ryznara (RSI).

Wprowadź wyniki analizy wody

Podawaj stężenia substancji rozpuszczonych w mg/L, zgodnie ze wskazaną podstawą przeliczenia. Pola wymagane muszą zawierać liczbę; zero należy wpisywać tylko wtedy, gdy uzasadniają to wyniki analizy. Opcjonalne pola składników o nieznanym stężeniu pozostaw puste: wiersze odpowiadających im minerałów zostaną oznaczone jako „Nie oceniono”. Niewykrycie substancji nie oznacza automatycznie zerowego stężenia. Wszystkie pomiary muszą dotyczyć tej samej wody w 25 °C.

Skład wody w 25 °C

Parametr	Stężenie / wartość	Wymagana jednostka
pH w 25 °C *		5–11.5
Alkaliczność całkowita *		mg/L w przeliczeniu na CaCO₃
Wapń, Ca *		mg/L w przeliczeniu na Ca
Magnez, Mg *		mg/L w przeliczeniu na Mg
Sód, Na *		mg/L w przeliczeniu na Na
Potas, K *		mg/L w przeliczeniu na K
Chlorki, Cl *		mg/L w przeliczeniu na Cl
Siarczany, SO₄ *		mg/L w przeliczeniu na SO₄
Bar, Ba		mg/L w przeliczeniu na Ba
Stront, Sr		mg/L w przeliczeniu na Sr
Fluorki, F		mg/L w przeliczeniu na F
Rozpuszczona krzemionka		mg/L w przeliczeniu na SiO₂
Rozpuszczone ortofosforany		mg/L w przeliczeniu na P

Uwzględnij hydroksyapatyt w orientacyjnej ocenie tworzenia osadów fosforanów wapnia

Alkaliczność podaje się w przeliczeniu na CaCO₃, a nie w mg/L wodorowęglanów. Siarczany podaje się w przeliczeniu na SO₄, a nie na siarkę; krzemionkę w przeliczeniu na SiO₂, a nie na krzem; fosforany to rozpuszczone ortofosforany podawane w przeliczeniu na P, a nie fosfor całkowity ani stężenie w mg/L PO₄. Nie wpisuj twardości całkowitej w polu wapnia. Aby przeliczyć stężenie ortofosforanów podane jako PO₄ na P, pomnóż je przez 0,3261; aby przeliczyć stężenie rozpuszczonej krzemionki podane jako Si na SiO₂, pomnóż je przez 2,1393.

Oblicz wstępną ocenę tworzenia osadów Wczytaj przykładowy skład wody Wyczyść wartości

Chemia wody i indeksy stabilności

W przypadku wody o małym stężeniu substancji rozpuszczonych stężenia stosuje się jako przybliżenie molalności. Współczynniki aktywności są bezwymiarowe. Niezbilansowanie ładunków oblicza się ze wzoru 100 × (ładunek kationów − ładunek anionów)/(ładunek kationów + ładunek anionów); służy ono do sprawdzenia kompletności analizy, a nie do potwierdzenia jej dokładności.

Nasycenie względem minerałów w 25 °C

SI = log₁₀(IAP/K); stosunek nasycenia wynosi IAP/K = 10^SI. Dodatnia wartość SI oznacza w tym modelu przesycenie względem wskazanej fazy. Nie oznacza to, że wytrącanie jest pewne lub natychmiastowe. Wyniki są wyświetlane jako zwykłe liczby dziesiętne, bez zapisu e+.

Co oznaczają wyniki

LSI, RSI i nasycenie względem kalcytu

LSI porównuje zmierzone pH z pH, przy którym woda osiąga stan nasycenia względem kalcytu. W tym kalkulatorze pHₛ wyznacza się przez rozwiązanie równania równowagi kalcytu przy tej samej zasadowości całkowitej, stężeniu wapnia i współczynnikach aktywności, z uwzględnieniem modelowanego udziału fosforanów, krzemionki i wody w zasadowości. Zakres poszukiwania rozwiązania wynosi pH 5–11,5; rozwiązanie poza tym zakresem nie jest podawane. To sformułowanie oparte na aktywnościach może różnić się od empirycznych kalkulatorów LSI opartych na TDS. SI kalcytu ocenia wodę o faktycznie wprowadzonym składzie, natomiast LSI wykorzystuje obliczone pH nasycenia; ich wartości liczbowe nie muszą być identyczne.

Dodatni LSI wskazuje na termodynamiczną tendencję do wytrącania węglanu wapnia; ujemny LSI wskazuje na niedosycenie względem kalcytu. RSI jest empirycznym wskaźnikiem stabilności obliczanym jako 2pHₛ − pH. Nie odpowiada bezpośrednio stosunkowi nasycenia i należy go interpretować na podstawie doświadczenia z danym układem wodnym. Żaden z tych wskaźników nie jest bezpośrednią miarą korozji metali, a mała skłonność do tworzenia osadów nie dowodzi, że woda nie jest korozyjna.

Siła jonowa i współczynniki aktywności

Siłę jonową szacuje się ze wzoru I = ½Σcᵢzᵢ². Równanie Daviesa w temperaturze 25 °C ma postać log₁₀γᵢ = −0,509zᵢ²[√I/(1 + √I) − 0,3I]. Aktywność przybliża się jako iloczyn γ i stężenia molowego odniesionego do stężenia standardowego. Obojętnej elektrycznie rozpuszczonej krzemionce przypisuje się współczynnik aktywności równy jeden. Obliczenia iteracyjnie wyznaczają siłę jonową wraz z rozkładem węglanów, fosforanów i krzemionki między formy kwasowo-zasadowe.

Model jest ograniczony do I ≤ 0,1 mol/L i wyświetla ostrzeżenie powyżej 0,01 mol/L. Jest to granica stosowania oceny wstępnej, a nie gwarancja dokładności. Tworzenie par jonowych może mieć znaczenie nawet poniżej tej granicy, zwłaszcza w przypadku siarczanów, fosforanów i metali dwuwartościowych. Nieznane lub nieuwzględnione jony mogą zmieniać siłę jonową i bilans ładunków. Gdy te efekty mają znaczenie, potrzebny jest pełny model, taki jak PHREEQC, z odpowiednią bazą danych i modelem aktywności.

Dlaczego faza mineralna i podstawa wyrażania stężeń mają znaczenie

Siarczan wapnia przedstawiono oddzielnie jako gips i anhydryt. Krzemionkę przedstawiono jako krzemionkę amorficzną i kwarc: samo przesycenie względem kwarcu nie dowodzi ryzyka szybkiego zanieczyszczania powierzchni osadami krzemionki amorficznej. Rozkład krzemionki między poszczególne formy uwzględnia dwa pierwsze etapy dysocjacji kwasu krzemowego; polimeryzacja, koloidy i osady krzemianów metali nie są modelowane. Hydroksyapatyt jest jedną z możliwych faz fosforanu wapnia, a nie prognozą powstawania każdego osadu fosforanowego. Inne fosforany wapnia, kompleksy metali i kinetyka reakcji mogą decydować o zachowaniu rzeczywistych układów.

Nasycenie nie określa ilości wytrąconego osadu

SI równy +1 odpowiada stosunkowi nasycenia równemu 10 dla reakcji zapisanej w podanej postaci; SI równy −1 odpowiada stosunkowi 0,1. Stosunek ten nie jest procentową zawartością osadu ani stężeniem masowym. Ten kalkulator nie usuwa wytrąconego materiału, nie przelicza ponownie równowagi po wytrąceniu, nie przewiduje czasu indukcji, nie oblicza dawki antyskalantu ani nie szacuje masy osadu. Temperatura, ciśnienie, wymiana gazowa, powierzchnie, mieszanie, inhibitory i czas przebywania mogą zmienić wynik. Należy wprowadzić analizę ocenianego strumienia; nie należy mnożyć stężeń w wodzie zasilającej przez współczynnik odzysku RO bez odpowiedniego bilansu masowego koncentratu.

Etykieta „Blisko równowagi” wykorzystuje przedział wyświetlania od −0,05 do +0,05 SI, aby uniknąć nadinterpretacji bardzo małych różnic liczbowych. Równowaga termodynamiczna występuje przy SI = 0; przedział wyświetlania nie jest uniwersalną niepewnością analityczną ani granicą eksploatacyjną. Wprowadzenie zera daje zerowy iloczyn aktywności jonów i brak skończonej wartości logarytmicznego SI. Brak opcjonalnych danych skutkuje komunikatem „Nie oceniono” zamiast wyniku zerowego.

Podstawy obliczeń i stałe

Model wykorzystuje nominalne wartości log K dla temperatury 25 °C z bazy danych WATEQ4F udostępnianej przez USGS. Przyjmuje się aktywność wody równą jeden. Dla rozkładu węglanów między poszczególne formy stosuje się pK₂ = 10,329, a dla wody pK_w = 14. Dla ortofosforanów stosuje się wartości log K skumulowanych stałych protonowania wynoszące 12,346 i 19,553; w obsługiwanym zakresie pH pomija się całkowicie protonowany kwas fosforowy. Wartości log K dysocjacji kwasu krzemowego wynoszą −9,83 i −23. Zasadowość przelicza się, stosując 50 mg CaCO₃ na meq, a przed obliczeniem stężenia węglanów koryguje się ją o modelowany udział jonów wodorotlenkowych, jonów wodorowych, fosforanów i krzemianów.

Dla brucytu reakcja ma postać Mg(OH)₂ + 2H⁺ ⇌ Mg²⁺ + 2H₂O. Dla hydroksyapatytu jest to Ca₅(PO₄)₃OH + 4H⁺ ⇌ 5Ca²⁺ + 3HPO₄²⁻ + H₂O. Ich wartości log K odnoszą się zatem do tych reakcji rozpuszczania w kwasie, a nie do prostego wyrażenia Ksp dla wodorotlenku lub fosforanu.

Źródła i powiązane kalkulatory

Wykorzystane tutaj dane termodynamiczne WATEQ4F; Dokumentacja USGS dotycząca współczynników aktywności i form chemicznych w roztworach wodnych; Dokumentacja USGS dotycząca równowagi minerałów.

Kalkulator wskaźnika Langeliera · Kalkulator wskaźnika Ryznara · Bilans ładunków w analizie wody · Siła jonowa i współczynniki aktywności · Wszystkie kalkulatory

Ostrzeżenie: Lenntech BV nie ponosi odpowiedzialności za błędy w obliczeniach, samym programie ani w objaśnieniach. W razie pytań lub uwag prosimy o kontakt z Lenntech.