حاسبة تكوّن القشور والترسيب في المياه

أجرِ تقييماً أولياً لتكوّن قشور كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وكبريتات الباريوم وكبريتات السترونشيوم وفلوريد الكالسيوم والسيليكا وهيدروكسيد المغنيسيوم استناداً إلى تحليل المياه. تعرض الحاسبة أيضاً القوة الأيونية ومعاملات النشاط ومؤشر لانجلييه للتشبع (LSI) القائم على النشاط ومؤشر ريزنار للاستقرار (RSI).

أدخل نتائج تحليل المياه

استخدم تراكيز المواد المذابة بوحدة mg/L وفقاً لأساس التعبير المحدد. يجب أن تحتوي الحقول الإلزامية على رقم؛ ولا تُدخل صفراً إلا إذا كانت نتائج التحليل تبرر ذلك. اترك حقول المكوّنات الاختيارية مجهولة التركيز فارغة: ستُعلَّم صفوف معادنها بعبارة «لم يُقيَّم». لا تعني نتيجة عدم الكشف صفراً تلقائياً. يجب أن تصف جميع القياسات المياه نفسها عند 25 °C.

تركيب المياه عند 25 °C

المعلمة	التركيز / القيمة	الوحدة المطلوبة
الأس الهيدروجيني pH عند 25 °C *		5–11.5
القلوية الكلية *		mg/L على أساس CaCO₃
الكالسيوم، Ca *		mg/L على أساس Ca
المغنيسيوم، Mg *		mg/L على أساس Mg
الصوديوم، Na *		mg/L على أساس Na
البوتاسيوم، K *		mg/L على أساس K
الكلوريد، Cl *		mg/L على أساس Cl
الكبريتات، SO₄ *		mg/L على أساس SO₄
الباريوم، Ba		mg/L على أساس Ba
السترونشيوم، Sr		mg/L على أساس Sr
الفلوريد، F		mg/L على أساس F
السيليكا المذابة		mg/L على أساس SiO₂
الأورثوفوسفات المذاب		mg/L على أساس P

تضمين الهيدروكسي أباتيت كتقييم أولي استكشافي لفوسفات الكالسيوم

تُعبَّر القلوية على أساس CaCO₃، وليس بوحدة mg/L من البيكربونات. وتُعبَّر الكبريتات على أساس SO₄، وليس على أساس الكبريت؛ والسيليكا على أساس SiO₂، وليس على أساس السيليكون؛ أما الفوسفات فهو الأورثوفوسفات المذاب المعبَّر عنه على أساس P، وليس الفوسفور الكلي أو بوحدة mg/L من PO₄. لا تُدخل العسر الكلي في حقل الكالسيوم. لتحويل الأورثوفوسفات المعبَّر عنه على أساس PO₄ إلى أساس P، اضرب في 0.3261؛ ولتحويل السيليكا المذابة المعبَّر عنها على أساس Si إلى أساس SiO₂، اضرب في 2.1393.

احسب التقييم الأولي لتكوّن القشور حمّل مثالاً لبيانات المياه امسح القيم

كيمياء المياه ومؤشرات الاستقرار

تُستخدم التراكيز كتقريب للمولالية في المياه المخففة. معاملات النشاط عديمة الأبعاد. يُحسب اختلال توازن الشحنة باستخدام 100 × (شحنة الكاتيونات − شحنة الأنيونات)/(شحنة الكاتيونات + شحنة الأنيونات)؛ وهو فحص لاكتمال البيانات، وليس دليلاً على دقة التحليل.

التشبع بالمعادن عند 25 °C

SI = log₁₀(IAP/K)؛ ونسبة التشبع هي IAP/K = 10^SI. تعني القيمة الموجبة لمؤشر SI فرط التشبع بالنسبة إلى الطور المحدد في هذا النموذج. ولا يعني ذلك أن الترسيب مؤكد أو فوري. تُعرض النتائج كأعداد عشرية عادية، دون استخدام الترميز e+.

ماذا تعني النتائج

LSI وRSI وتشبع الكالسيت

يقارن LSI قيمة pH المقاسة بقيمة pH التي يصل عندها الكالسيت إلى التشبع. وهنا، تُحدَّد قيمة pHₛ بحل معادلة اتزان الكالسيت عند القيم نفسها للقلوية الكلية وتركيز الكالسيوم ومعاملات النشاط، مع تضمين مساهمات الفوسفات والسيليكا والماء في القلوية كما يمثلها النموذج. نطاق البحث هو pH 5–11.5؛ ولا يُعرض أي حل يقع خارج هذا النطاق. وقد تختلف هذه الصياغة القائمة على النشاط عن حاسبات LSI التجريبية القائمة على المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS). يقيّم مؤشر تشبع الكالسيت SI الماء الفعلي الذي أُدخلت بياناته، بينما يستخدم LSI قيمة pH المحسوبة للتشبع؛ وليس من الضروري أن تتطابق قيمتاهما العدديتان.

تشير القيمة الموجبة لـ LSI إلى ميل ترموديناميكي نحو ترسيب كربونات الكالسيوم؛ وتشير قيمته السالبة إلى عدم تشبع الماء بالكالسيت. أما RSI فهو مؤشر ثبات تجريبي يُحسب بالصيغة 2pHₛ − pH. ولا تعبّر قيمته مباشرة عن نسبة التشبع، وينبغي تفسيره بالاستناد إلى الخبرة بنظام المياه المعني. ولا يُعد أيٌّ من المؤشرين مقياسًا مباشرًا لتآكل المعادن، كما أن انخفاض الميل إلى تكوّن القشور لا يثبت أن الماء غير مسبّب للتآكل.

القوة الأيونية ومعاملات النشاط

تُقدَّر القوة الأيونية باستخدام I = ½Σcᵢzᵢ². ومعادلة ديفيز عند 25 °C هي log₁₀γᵢ = −0.509zᵢ²[√I/(1 + √I) − 0.3I]. يُقرَّب النشاط بضرب γ في نسبة التركيز المولاري إلى التركيز القياسي. ويُفترض أن معامل نشاط السيليكا المذابة المتعادلة يساوي واحدًا. ويُجرى الحساب تكراريًا للقوة الأيونية بالتزامن مع توزيع الكربونات والفوسفات والسيليكا بين أشكالها الحمضية والقاعدية.

يقتصر النموذج على I ≤ 0.1 mol/L ويصدر تحذيرًا عند تجاوز 0.01 mol/L. وهذا حد للتقييم الأولي، وليس ضمانًا للدقة. وقد يكون لتكوّن الأزواج الأيونية أثر مهم حتى دون هذا الحد، ولا سيما بالنسبة للكبريتات والفوسفات والمعادن ثنائية التكافؤ. وقد تغيّر الأيونات المجهولة أو غير المدرجة القوة الأيونية وتوازن الشحنات. وعندما تكون هذه التأثيرات مهمة، يلزم استخدام نموذج كامل مثل PHREEQC، مع قاعدة بيانات ونموذج نشاط مناسبين.

لماذا يهم الطور المعدني وأساس التعبير عن نتائج التحليل

تُعرض كبريتات الكالسيوم بصورة منفصلة على هيئة جبس وأنهيدريت. وتُعرض السيليكا على هيئة سيليكا غير متبلورة وكوارتز: ففرط التشبع بالكوارتز وحده لا يثبت وجود خطر حدوث اتساخ سريع بترسبات السيليكا غير المتبلورة. ويراعي توزيع السيليكا أول خطوتين من تفكك حمض السيليسيك؛ ولا تُنمذج البلمرة أو الغرويات أو رواسب سيليكات المعادن. والهيدروكسي أباتيت هو أحد الأطوار الممكنة لفوسفات الكالسيوم، وليس تنبؤًا بكل رواسب الفوسفات. وقد تتحكم فوسفات الكالسيوم الأخرى والمعقدات المعدنية وحركية التفاعلات في الأنظمة الفعلية.

التشبع ليس مقياسًا لكمية الترسيب

تقابل قيمة SI البالغة +1 نسبة تشبع قدرها 10 للتفاعل كما هو مكتوب؛ وتقابل قيمة SI البالغة −1 نسبة قدرها 0.1. وهذه النسبة ليست نسبة مئوية للقشور ولا تركيزًا كتليًا. لا تزيل هذه الحاسبة المادة المترسبة، ولا تعيد حساب الاتزان بعد الترسيب، ولا تتنبأ بزمن الحث، ولا تحسب جرعة مانع الترسب، ولا تقدّر كتلة الرواسب. ويمكن أن تغيّر درجة الحرارة والضغط وتبادل الغازات والأسطح والخلط والمثبطات وزمن المكوث النتيجة. أدخل تحليل التيار المائي الجاري تقييمه؛ ولا تضرب تراكيز مياه التغذية في معامل استرداد التناضح العكسي (RO) دون إجراء ميزان كتلة مناسب لتيار المياه المركزة.

تستخدم تسمية «قريب من الاتزان» نطاق عرض من −0.05 إلى +0.05 لقيمة SI لتجنّب المبالغة في تفسير الفروق العددية الضئيلة. ويكون الاتزان الترموديناميكي عند SI = 0؛ ولا يمثل نطاق العرض قيمة عامة لعدم اليقين التحليلي أو حدًا تشغيليًا عامًا. ويؤدي إدخال قيمة صفرية إلى حاصل ضرب للأنشطة الأيونية يساوي صفرًا، ولا تكون هناك قيمة لوغاريتمية منتهية لـ SI. وعند غياب بيانات اختيارية، تظهر عبارة «لم يُقيَّم» بدلًا من نتيجة صفرية.

أساس الحساب والثوابت

يستخدم النموذج قيم log K الاسمية عند 25 °C من قاعدة بيانات WATEQ4F التي توزّعها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS). ويُفترض أن نشاط الماء يساوي واحدًا. ويُستخدم pK₂ = 10.329 لتوزيع الكربونات، بينما يُستخدم للماء pK_w = 14. وتُستخدم للأورثوفوسفات قيم log K للبروتنة التراكمية البالغة 12.346 و19.553؛ ويُهمَل حمض الفوسفوريك المبرتن بالكامل ضمن نطاق pH المدعوم. وقيم log K لتفكك حمض السيليسيك هي −9.83 و−23. وتُحوَّل القلوية باستخدام 50 mg CaCO₃ لكل meq، وتُصحَّح لمراعاة الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين والفوسفات والسيليكات التي يمثلها النموذج قبل حساب الكربونات.

بالنسبة للبروسيت، يكون التفاعل Mg(OH)₂ + 2H⁺ ⇌ Mg²⁺ + 2H₂O. وبالنسبة للهيدروكسي أباتيت، يكون Ca₅(PO₄)₃OH + 4H⁺ ⇌ 5Ca²⁺ + 3HPO₄²⁻ + H₂O. ولذلك تشير قيم log K الخاصة بهما إلى تفاعلات الإذابة الحمضية هذه، وليس إلى تعبير بسيط لـ Ksp للهيدروكسيد أو الفوسفات.

المراجع والحاسبات ذات الصلة

البيانات الترموديناميكية من WATEQ4F المستخدمة هنا; توثيق USGS لمعاملات النشاط والأنواع الكيميائية في المحاليل المائية; توثيق USGS لاتزان المعادن.

حاسبة مؤشر لانجلييه · حاسبة مؤشر ريزنار · توازن الشحنات في تحليل المياه · القوة الأيونية ومعاملات النشاط · جميع الحاسبات

تحذير: لا يمكن تحميل Lenntech BV المسؤولية عن الأخطاء في الحساب أو في البرنامج نفسه أو في الشرح. للأسئلة أو الملاحظات، يُرجى التواصل مع Lenntech.