Suda Kabuklaşma ve Çökelme Hesaplayıcısı
Bir su analizinden yararlanarak kalsiyum karbonat, kalsiyum sülfat, baryum sülfat, stronsiyum sülfat, kalsiyum florür, silika ve magnezyum hidroksit kaynaklı kabuklaşmayı ön değerlendirmeden geçirin. Hesaplayıcı ayrıca iyonik kuvveti, aktivite katsayılarını, aktiviteye dayalı Langelier Doygunluk İndeksini (LSI) ve Ryznar Kararlılık İndeksini (RSI) raporlar.
Model sıcaklığı: yalnızca 25 °C. Bu, seyreltik sular için basitleştirilmiş bir ön değerlendirme hesabıdır; tam bir denge veya çökelme modeli değildir. Çözünmüş metal, sülfat ve florür konsantrasyonlarını serbest iyon konsantrasyonları olarak ele alır; iyon çiftlerini ve metal komplekslerini ihmal eder. Deniz suyu, salamuralar, yüksek basınçlı sistemler veya farklı sıcaklıktaki sular için tasarım hesabı olarak kullanmayın.
Su analizini girin
Çözünmüş madde konsantrasyonlarını belirtilen raporlama esasına göre mg/L cinsinden kullanın. Zorunlu alanlar bir sayı içermelidir; yalnızca analiz bunu doğruluyorsa sıfır girin. Değeri bilinmeyen isteğe bağlı bileşenleri boş bırakın: ilgili mineral satırları “Değerlendirilmedi” olarak işaretlenecektir. Tespit edilemeyen bir değer otomatik olarak sıfır kabul edilmez. Tüm ölçümler 25 °C'deki aynı suyu tanımlamalıdır.
Su kimyası ve kararlılık indeksleri
Seyreltik sularda konsantrasyonlar molaliteye bir yaklaşım olarak kullanılır. Aktivite katsayıları boyutsuzdur. Yük dengesizliği için 100 × (katyon yükü − anyon yükü)/(katyon yükü + anyon yükü) kullanılır; bu, analizin eksiksizliğine yönelik bir kontroldür, analitik doğruluğun kanıtı değildir.
| Tahmini iyonik kuvvet, I (mol/L) | |
|---|---|
| Aktivite katsayısı γ, |z| = 1 | |
| Aktivite katsayısı γ, |z| = 2 | |
| Aktivite katsayısı γ, |z| = 3 | |
| Tahmini serbest karbonat (CO₃ cinsinden mg/L) | |
| Tahmini serbest bikarbonat (HCO₃ cinsinden mg/L) | |
| Tahmini işaretli yük dengesizliği (%) | |
| Kalsit doygunluk pH'ı, pHₛ | |
| Aktiviteye dayalı LSI = pH − pHₛ | |
| RSI = 2pHₛ − pH |
25 °C'de mineral doygunluğu
SI = log₁₀(IAP/K); doygunluk oranı IAP/K = 10SI olarak ifade edilir. Pozitif bir SI, bu modelde adı belirtilen faza göre aşırı doygunluk anlamına gelir. Çökelmenin kesin veya anında gerçekleşeceği anlamına gelmez. Sonuçlar e+ gösterimi olmadan, normal ondalık sayılar olarak görüntülenir.
| Mineral fazı | SI | Doygunluk oranı | Yorum |
|---|---|---|---|
| Kalsit CaCO₃ | |||
| Jips CaSO₄·2H₂O | |||
| Anhidrit CaSO₄ | |||
| Barit BaSO₄ | |||
| Sölestin SrSO₄ | |||
| Florit CaF₂ | |||
| Amorf silika SiO₂(a) | |||
| Kuvars SiO₂ | |||
| Brüsit Mg(OH)₂ | |||
| Hidroksiapatit (isteğe bağlı) Ca₅(PO₄)₃OH |
Sonuçların anlamı
LSI, RSI ve kalsit doygunluğu
LSI, ölçülen pH değerini kalsitin doygunluğa ulaştığı pH değeriyle karşılaştırır. Burada pHₛ, modellenen fosfat, silika ve suyun alkaliniteye katkıları da dahil edilerek, aynı toplam alkalinite, kalsiyum konsantrasyonu ve aktivite katsayıları için kalsit dengesi çözülerek bulunur. Arama aralığı pH 5–11,5'tir; bu aralığın dışındaki bir çözüm raporlanmaz. Bu aktivite temelli formülasyon, ampirik TDS temelli LSI hesaplayıcılarından farklı sonuçlar verebilir. Kalsit SI değeri, analizi girilen suyun mevcut durumunu değerlendirirken LSI, hesaplanan doygunluk pH değerini kullanır; bu iki indeksin sayısal değerlerinin aynı olması gerekmez.
Pozitif LSI, kalsiyum karbonatın çökelmesine yönelik termodinamik bir eğilimi; negatif LSI ise kalsit açısından doygunluk altı durumu gösterir. RSI, 2pHₛ − pH olarak hesaplanan ampirik bir kararlılık indeksidir. Doğrudan bir doygunluk oranı anlamı taşımaz ve ilgili su sistemiyle edinilen deneyimlere dayanılarak yorumlanmalıdır. Her iki indeks de metal korozyonunun doğrudan bir ölçüsü değildir ve düşük kabuk oluşumu eğilimi, suyun korozif olmadığını kanıtlamaz.
İyonik şiddet ve aktivite katsayıları
İyonik şiddet, I = ½Σcᵢzᵢ² bağıntısıyla tahmin edilir. 25 °C'deki Davies denklemi log₁₀γᵢ = −0,509zᵢ²[√I/(1 + √I) − 0,3I] şeklindedir. Aktivite, molar konsantrasyonun standart konsantrasyona oranının γ ile çarpımı olarak yaklaşık hesaplanır. Nötr çözünmüş silikanın aktivite katsayısı bir olarak alınır. Hesaplamada iyonik şiddet, karbonat, fosfat ve silikanın asit-baz tür dağılımlarıyla birlikte yinelemeli olarak belirlenir.
Model, I ≤ 0,1 mol/L ile sınırlıdır ve 0,01 mol/L üzerindeki değerlerde uyarı verir. Bu, bir ön değerlendirme sınırıdır; doğruluk garantisi değildir. Özellikle sülfat, fosfat ve iki değerlikli metaller için iyon çifti oluşumu bu sınırın altında bile önemli olabilir. Bilinmeyen veya listelenmemiş iyonlar, iyonik şiddeti ve yük dengesini değiştirebilir. Bu etkiler önemli olduğunda, uygun bir veri tabanı ve aktivite modeliyle birlikte PHREEQC gibi kapsamlı bir model gerekir.
Mineral fazı ve raporlama esası neden önemlidir?
Kalsiyum sülfat, jips ve anhidrit olarak ayrı ayrı gösterilir. Silika, amorf silika ve kuvars olarak gösterilir: yalnızca kuvars açısından aşırı doygunluk, amorf silikanın hızla birikerek kirlenmeye yol açma riskini kanıtlamaz. Silika tür dağılımında silisik asidin ilk iki ayrışma basamağı dikkate alınır; polimerleşme, kolloidler ve metal-silikat birikintileri modellenmez. Hidroksiapatit, olası kalsiyum-fosfat fazlarından biridir; her fosfat birikintisinin oluşumunu öngörmez. Gerçek sistemlerde diğer kalsiyum fosfatlar, metal kompleksleri ve reaksiyon kinetiği belirleyici olabilir.
Doygunluk, çökelme miktarı değildir
SI değerinin +1 olması, reaksiyonun yazıldığı biçimi için 10 doygunluk oranına; SI değerinin −1 olması ise 0,1 doygunluk oranına karşılık gelir. Bu oran, bir kabuk yüzdesi veya kütle konsantrasyonu değildir. Bu hesaplayıcı çökelmiş maddeyi sistemden çıkarmaz, çökelme sonrasında dengeyi yeniden hesaplamaz, indüksiyon süresini öngörmez, antiskalant dozunu hesaplamaz veya birikinti kütlesini tahmin etmez. Sıcaklık, basınç, gaz alışverişi, yüzeyler, karışma, inhibitörler ve kalış süresi sonucu değiştirebilir. Değerlendirilen akımın analizini girin; uygun bir konsantre kütle dengesi olmadan besleme konsantrasyonlarını bir ters ozmoz (RO) geri kazanım faktörüyle çarpmayın.
“Dengeye yakın” etiketi, çok küçük sayısal farklara aşırı anlam yüklenmesini önlemek için −0,05 ile +0,05 SI arasında bir gösterim aralığı kullanır. Termodinamik denge SI = 0 durumudur; gösterim aralığı, evrensel bir analitik belirsizlik veya işletme sınırı değildir. Sıfır girildiğinde iyon aktivite çarpımı sıfır olur ve sonlu bir logaritmik SI değeri elde edilemez. İsteğe bağlı veriler eksik olduğunda, sıfır sonucu yerine “Değerlendirilmedi” gösterilir.
Hesaplama esası ve sabitler
Model, USGS tarafından dağıtılan WATEQ4F veri tabanındaki 25 °C için nominal log K değerlerini kullanır. Suyun aktivitesi bir olarak kabul edilir. Karbonat tür dağılımı için pK₂ = 10,329, su için ise pKw = 14 kullanılır. Ortofosfat için 12,346 ve 19,553 kümülatif protonlanma log K değerleri kullanılır; desteklenen pH aralığında tamamen protonlanmış fosforik asit ihmal edilir. Silisik asidin ayrışma log K değerleri −9,83 ve −23'tür. Alkalinite, meq başına 50 mg CaCO₃ kullanılarak dönüştürülür ve karbonat hesaplanmadan önce modellenen hidroksit, hidrojen iyonları, fosfat ve silikat katkıları için düzeltilir.
| Faz | Aktivite ifadesi IAP | 25 °C'deki log K |
|---|---|---|
| Kalsit | a(Ca²⁺) × a(CO₃²⁻) | −8.48 |
| Jips | a(Ca²⁺) × a(SO₄²⁻) | −4.58 |
| Anhidrit | a(Ca²⁺) × a(SO₄²⁻) | −4.36 |
| Barit | a(Ba²⁺) × a(SO₄²⁻) | −9.97 |
| Sölestin | a(Sr²⁺) × a(SO₄²⁻) | −6.63 |
| Florit | a(Ca²⁺) × a(F⁻)² | −10.60 |
| Amorf silika | a(H₄SiO₄) | −2.71 |
| Kuvars | a(H₄SiO₄) | −3.98 |
| Brüsit | a(Mg²⁺) / a(H⁺)² | 16.84 |
| Hidroksiapatit (isteğe bağlı) | a(Ca²⁺)⁵ × a(HPO₄²⁻)³ / a(H⁺)⁴ | −3.4210 |
Brüsit için reaksiyon Mg(OH)₂ + 2H⁺ ⇌ Mg²⁺ + 2H₂O şeklindedir. Hidroksiapatit için ise Ca₅(PO₄)₃OH + 4H⁺ ⇌ 5Ca²⁺ + 3HPO₄²⁻ + H₂O şeklindedir. Bu nedenle bunların log K değerleri, basit bir hidroksit veya fosfat Ksp ifadesine değil, bu asitte çözünme reaksiyonlarına aittir.
Kaynaklar ve ilgili hesaplayıcılar
Burada kullanılan WATEQ4F termodinamik verileri; USGS aktivite katsayısı ve sulu çözeltideki türler dokümantasyonu; USGS mineral dengesi dokümantasyonu.
Langelier indeksi hesaplayıcısı · Ryznar indeksi hesaplayıcısı · Su analizinde yük dengesi · İyonik şiddet ve aktivite katsayıları · Tüm hesaplayıcılar
Uyarı: Lenntech BV, hesaplamadaki, programın kendisindeki veya açıklamadaki hatalardan sorumlu tutulamaz. Sorularınız veya görüşleriniz için lütfen Lenntech ile iletişime geçin.