Rekentool voor aanslag- en neerslagvorming in water

Beoordeel op basis van een wateranalyse indicatief de aanslagvorming door calciumcarbonaat, calciumsulfaat, bariumsulfaat, strontiumsulfaat, calciumfluoride, silica en magnesiumhydroxide. De rekentool geeft ook de ionsterkte, activiteitscoëfficiënten, een op activiteit gebaseerde Langelier-verzadigingsindex (LSI) en de Ryznar-stabiliteitsindex (RSI).

Voer de wateranalyse in

Gebruik de concentraties van opgeloste stoffen in mg/L, uitgedrukt op de aangegeven basis. Verplichte velden moeten een getal bevatten; voer alleen nul in als de analyse dit rechtvaardigt. Laat optionele velden voor onbekende bestanddelen leeg: de bijbehorende mineraalrijen krijgen de aanduiding ‘Niet beoordeeld’. Een resultaat onder de detectiegrens is niet automatisch nul. Alle metingen moeten betrekking hebben op hetzelfde water bij 25 °C.

Watersamenstelling bij 25 °C

Parameter	Concentratie / waarde	Vereiste eenheid
pH bij 25 °C *		5–11.5
Totale alkaliniteit *		mg/L als CaCO₃
Calcium, Ca *		mg/L als Ca
Magnesium, Mg *		mg/L als Mg
Natrium, Na *		mg/L als Na
Kalium, K *		mg/L als K
Chloride, Cl *		mg/L als Cl
Sulfaat, SO₄ *		mg/L als SO₄
Barium, Ba		mg/L als Ba
Strontium, Sr		mg/L als Sr
Fluoride, F		mg/L als F
Opgeloste silica		mg/L als SiO₂
Opgelost orthofosfaat		mg/L als P

Hydroxyapatiet opnemen als verkennende beoordeling van calciumfosfaat

Alkaliniteit wordt uitgedrukt als CaCO₃, niet in mg/L bicarbonaat. Sulfaat wordt uitgedrukt als SO₄, niet als zwavel; silica als SiO₂, niet als silicium; fosfaat betreft opgelost orthofosfaat, uitgedrukt als P, niet als totaal fosfor of in mg/L PO₄. Voer geen totale hardheid in het calciumveld in. Om orthofosfaat dat als PO₄ is gerapporteerd om te rekenen naar P, vermenigvuldigt u met 0,3261; om opgeloste silica die als Si is gerapporteerd om te rekenen naar SiO₂, vermenigvuldigt u met 2,1393.

Aanslagvorming indicatief berekenen Voorbeeldwatersamenstelling laden Waarden wissen

Waterchemie en stabiliteitsindices

Voor verdund water worden concentraties gebruikt als benadering van de molaliteit. Activiteitscoëfficiënten zijn dimensieloos. De ladingsonbalans wordt berekend als 100 × (kationenlading − anionenlading)/(kationenlading + anionenlading); dit is een controle op volledigheid, geen bewijs van analytische nauwkeurigheid.

Mineraalverzadiging bij 25 °C

SI = log₁₀(IAP/K); de verzadigingsverhouding is IAP/K = 10^SI. Een positieve SI betekent in dit model oververzadiging ten opzichte van de genoemde fase. Dit betekent niet dat neerslagvorming zeker of onmiddellijk optreedt. Resultaten worden weergegeven als gewone decimale getallen, zonder e+-notatie.

Wat de resultaten betekenen

LSI, RSI en calcietverzadiging

De LSI vergelijkt de gemeten pH met de pH waarbij calciet verzadiging bereikt. Hier wordt pHₛ bepaald door het calcietevenwicht op te lossen bij dezelfde totale alkaliniteit, calciumconcentratie en activiteitscoëfficiënten, met inbegrip van de gemodelleerde bijdragen van fosfaat, silica en water aan de alkaliniteit. Het zoekbereik is pH 5–11,5; een oplossing buiten dat bereik wordt niet gerapporteerd. Deze op activiteit gebaseerde formulering kan afwijken van empirische, op TDS gebaseerde LSI-calculators. De SI voor calciet beoordeelt het daadwerkelijk ingevoerde water, terwijl de LSI de berekende verzadigings-pH gebruikt; hun numerieke waarden hoeven niet identiek te zijn.

Een positieve LSI wijst op een thermodynamische neiging tot neerslagvorming van calciumcarbonaat; een negatieve LSI wijst op onderverzadiging ten opzichte van calciet. De RSI is een empirische stabiliteitsindex die wordt berekend als 2pHₛ − pH. Deze index heeft geen directe betekenis als verzadigingsverhouding en moet worden geïnterpreteerd op basis van ervaring met het betreffende watersysteem. Geen van beide indices is een directe maat voor metaalcorrosie, en een geringe neiging tot afzettingsvorming toont niet aan dat water niet-corrosief is.

Ionsterkte en activiteitscoëfficiënten

De ionsterkte wordt geschat met I = ½Σcᵢzᵢ². De Davies-vergelijking bij 25 °C luidt log₁₀γᵢ = −0,509zᵢ²[√I/(1 + √I) − 0,3I]. De activiteit wordt benaderd door γ maal de molaire concentratie ten opzichte van de standaardconcentratie. Aan neutrale opgeloste silica wordt een activiteitscoëfficiënt van één toegekend. De berekening bepaalt de ionsterkte iteratief, samen met de zuur-baseverdeling van carbonaat, fosfaat en silica.

Het model is beperkt tot I ≤ 0,1 mol/L en geeft een waarschuwing boven 0,01 mol/L. Dit is een grens voor een verkennende beoordeling, geen nauwkeurigheidsgarantie. Ionpaarvorming kan ook onder deze grens van belang zijn, vooral bij sulfaat, fosfaat en tweewaardige metalen. Onbekende of niet vermelde ionen kunnen de ionsterkte en de ladingsbalans veranderen. Wanneer deze effecten van belang zijn, is een volledig model zoals PHREEQC nodig, met een geschikte database en een geschikt activiteitsmodel.

Waarom de minerale fase en de rapportagebasis van belang zijn

Calciumsulfaat wordt afzonderlijk weergegeven als gips en anhydriet. Silica wordt weergegeven als amorfe silica en kwarts: oververzadiging ten opzichte van kwarts alleen toont geen risico op snelle vervuiling door amorfe silica aan. De verdeling van silica houdt rekening met de eerste twee dissociatiestappen van kiezelzuur; polymerisatie, colloïden en metaalsilicaatafzettingen worden niet gemodelleerd. Hydroxyapatiet is één mogelijke calciumfosfaatfase, geen voorspelling van elke fosfaatafzetting. Andere calciumfosfaten, metaalcomplexen en reactiekinetiek kunnen bepalend zijn in werkelijke systemen.

Verzadiging is geen maat voor de hoeveelheid neerslag

Een SI van +1 komt overeen met een verzadigingsverhouding van 10 voor de reactie zoals die is geschreven; een SI van −1 komt overeen met 0,1. Een verhouding is geen percentage afzetting of massaconcentratie. Deze calculator verwijdert geen neergeslagen materiaal, berekent het evenwicht na neerslagvorming niet opnieuw, voorspelt geen inductietijd, berekent geen antiscalantdosering en schat de massa van afzettingen niet. Temperatuur, druk, gasuitwisseling, oppervlakken, menging, inhibitoren en verblijftijd kunnen het resultaat veranderen. Voer de analyse in van de waterstroom die wordt beoordeeld; vermenigvuldig de voedingsconcentraties niet met een RO-terugwinningsfactor zonder een passende massabalans voor het concentraat.

Het label ‘nabij evenwicht’ gebruikt een weergaveband van −0,05 tot +0,05 SI om overinterpretatie van zeer kleine numerieke verschillen te voorkomen. Thermodynamisch evenwicht is SI = 0; de weergaveband is geen universele analytische onzekerheid of bedrijfsgrens. Een invoerwaarde van nul geeft een ionenactiviteitsproduct van nul en geen eindige logaritmische SI. Ontbrekende optionele gegevens geven ‘Niet beoordeeld’ in plaats van een nulresultaat.

Berekeningsbasis en constanten

Het model gebruikt nominale log K-waarden bij 25 °C uit de door USGS verspreide WATEQ4F-database. De activiteit van water wordt gelijkgesteld aan één. Voor de carbonaatverdeling wordt pK₂ = 10,329 gebruikt en voor water pK_w = 14. Voor orthofosfaat worden cumulatieve log K-waarden voor protonering van 12,346 en 19,553 gebruikt; volledig geprotoneerd fosforzuur wordt binnen het ondersteunde pH-bereik verwaarloosd. De log K-waarden voor de dissociatie van kiezelzuur zijn −9,83 en −23. De alkaliniteit wordt omgerekend met 50 mg CaCO₃ per meq en gecorrigeerd voor het gemodelleerde hydroxide, de waterstofionen, het fosfaat en het silicaat voordat het carbonaat wordt berekend.

Voor bruciet is de reactie Mg(OH)₂ + 2H⁺ ⇌ Mg²⁺ + 2H₂O. Voor hydroxyapatiet is deze Ca₅(PO₄)₃OH + 4H⁺ ⇌ 5Ca²⁺ + 3HPO₄²⁻ + H₂O. Hun log K-waarden hebben daarom betrekking op deze oplossingsreacties in zuur milieu, niet op een eenvoudige Ksp-uitdrukking voor hydroxide of fosfaat.

Referenties en gerelateerde calculators

Hier gebruikte thermodynamische gegevens uit WATEQ4F; USGS-documentatie over activiteitscoëfficiënten en chemische speciën in waterige oplossing; USGS-documentatie over mineraalevenwichten.

Calculator voor de Langelier-index · Calculator voor de Ryznar-index · Ladingsbalans van de wateranalyse · Ionsterkte en activiteitscoëfficiënten · Alle calculators

Waarschuwing: Lenntech BV kan niet verantwoordelijk worden gehouden voor fouten in de berekening, het programma zelf of de uitleg. Voor vragen of opmerkingen kunt u contact opnemen met Lenntech.