verzadigingsindex van kalkhoudend water

woutersreen

Hallo allemaal, ik heb als nieuw forumlid de volgende vraag:

Mijn interesse ligt op het gebied van waterzuivering. Voor de bepaling van de corrosiviteit of het kalkafzettend vermogen van gezuiverd water bestaan verschillende indices waarvan de Langelier Index de bekendste is. De berekening is:

LI = pH(gemeten) - pH(verzadiging). Bij LI = 0 is het water in evenwicht; LI < 0 geeft agressief water, en LI > 0 geeft kalkafzetting. De beperking van deze index en afgeleiden daarvan - uitsluitend gebaseerd op de kalk/koolzuur evenwichts pH - is dat de uitkomst kwalitatief is en daarmee slechts een indicatie van de watercorrosiviteit of kalkafzetting geeft. De predicties van deze index komen dan ook niet altijd overeen met de praktijk. Nu las ik recent in een engelse publicatie iets over de 'Saturation Index': SI = (Ca++) x (CO3--) gedeeld door K's De engelse toelichting vermeldt letterlijk: K's is the solubility product of calcium carbonate, Ca++ and CO3-, mg/l as ion. SI<1 water is aggressive, SI = 1 water is balanced, SI>1 water is scale forming. Deze index werkt met gemeten Ca en CO3 concentraties, en K's van CaCO3 wordt bij de gemeten pH bepaald, waardoor deze index geheel kwantitatief is en mij veel exacter lijkt. Mijn vraag is nu: Het oplosbaarheidsproduct K's wordt altijd in Mol stof per Mol oplosmiddel uitgedrukt en voor zover ik weet niet in mg/liter. Ik ben van huis uit constructeur en geen chemicus, en ik ben benieuwd hoe forumleden de engelse toelichting interpreteren.

hzeil

Aan Sar,

In de artikelen die U citeert worden kalkafzetting en corrosie van ijzer op een verwarrende wijze aan elkaar gekoppeld. Maar het zijn in principe van elkaar onafhankelijke zaken. Ik laat de corrosie dus maar buiten beschouwing, evenals het begrip "agressief".

De Langelierindex en de verzadigingsindex hebben uitsluitend betrekking op de mogelijkheid van kalkafzetting. Voor een niet-scheikundige als U is de Langelierindex het gemakkelijkst. Die heeft te maken met de vraag: Is het water verzadigd met kalk of onverzadigd?

Maar de moeilijkheid is dat water ook vaak oververzadigd kan zijn met kalk. In de praktijk hebben we dus te maken met de tegenstelling onverzadigd versus oververzadigd.

L.I. <0 betekent: onverzadigd, geen kalkafzetting mogelijk en L.I. >0

betekent: oververzadigd, wel kalkafzetting mogelijk.

Je kunt je hierbij dus beperken tot pH metingen. De Langelierindex is daardoor veel eenvoudiger dan de verzadigingsindex waarvoor je meer wateranalysegegevens nodig hebt. Voor de Langelierindex heb je alleen pH-waarden nodig.

Water kan gemakkelijk oververzadigd worden aan kalk omdat kristallisatiekiemen op veel plaatsen ontbreken. Daarom is kalkafzetting heel plaatselijk.

Magneetvelden hebben hierop geen invloed. Maar zwendelaars proberen soms toch dure magneten te verkopen die deze kalkafzettingen zouden tegengaan. Zij profiteren van de situatie dat het effekt ervan niet eenvoudig kontroleerbaar is.

woutersreen

Aan hzeil,

Bedankt voor uw reactie! Voor wat betreft uw opmerking dat in artikelen waarnaar ik verwijs "kalkafzetting en corrosie van ijzer op een verwarrende wijze aan elkaar gekoppeld worden" het volgende: Op mijn vakgebied, drinkwaterbereiding uit zeewater d.m.v. omgekeerde osmose, werd - en wordt nog steeds - internationaal de verzadigingsindex van Langelier als de belangrijkste parameter gebruikt om de corrosiviteit van het permeaat (= het ontzoute water) t.o.v. metalen leidingen in het drinkwaternet aan te geven. Volgens de voorschriften moet deze index altijd 0 of licht positief (licht kalkafzettend) zijn, dit omdat het ontzoute water vrijwel uitsluitend het corrosieve natriumchloride NaCl bevat en ongebufferd is. In de praktijk blijkt nu dat ook een positieve LSI van het permeaat geen garantie is dat er geen corrosie optreedt. Dit heeft geleid tot de behoefte aan een kwantitatieve verzadigingsindex zoals de Saturation Index die ik, zoals vermeld, in recente vakliteratuur (2007) tegenkwam. Mijn vraag hierover was: kan het oplosbaarheidsproduct van CaCO3 - dat binnen wijde grenzen varieert met de pH - uitgedrukt worden in mg/l? Voor de goede orde vermeld ik nog dat altijd volledige wateranalyses worden gemaakt, en dat altijd - tot nu toe - een neutrale tot licht positieve LSI vereist wordt.

hzeil

Aan Sar,

Het is de gewoonte om de concentraties uit te drukken in mol per liter. Het oplosbaarheidsprodukt van kalk, [Ca²⁺].[CO₃^2-] is gelijk aan 8.7_*10^-9 als je deze eenheid aanhoudt. Zoals U ziet is dit oplosbaarheidsprodukt niet afhankelijk van de pH.

Maar, bij pH verhoging neemt de carbonaation concentratie toe, wordt bij een bepaalde waarde het oplosbaarheidsprodukt overschreden en kan er kalk gevormd worden. Hierop is het werken met de Langelierindex gebaseerd.

In licht kalkvormend water kan er inderdaad een harde kalkroestlaag ontstaan met de samenstelling CaCO₃ + Fe₂O₃ die stalen leidingen tegen verder gaande corrosie kan beschermen. Maar dit werkt alleen bij een goede hechting van deze laag. Bij onvolledige hechting kan er spleetcorrosie (zoekterm: crevice corrosion) ontstaan onder deze laag tengevolge van het verschil in zuurstofconcentratie tussen het water boven en het water onder de laag.

woutersreen

Uit uw laatste reactie wordt mij duidelijk dat ik CaCO3 oplosbaarheidsproduct en Ca- oplosbaarheid niet op één hoop moet gooien. Het CaCO3 oplosbaarheidsproduct is een pH onafhankelijke constante, waarvan de op internet gepubliceerde waarden overigens uiteenlopen van 3.7x10-9 tot 8.7x10-9 (bij 25 gr.C) Het blijkt echter dat we er ook mee te maken hebben dat een klein deel van het CO3 ion reageert met water tot bicarbonaat dat veel beter oplost en voor een deel weer CO2 vormt volgens het water/koolzuur evenwicht, dat zeer sterk pH afhankelijk is. Zo kom ik dan uiteindelijk toch bij de (maximale) Ca-oplosbaarheid in water uit, die per pH-eenheid een factor 100 (!) groter of kleiner blijkt te worden. En zo leidt mijn speurtocht mede dankzij de bijdragen van forumlid hzeil tot inzichten die tot de antwoorden voeren die ik zoek, en die nu in zicht komen. Het gaat er om, om van ontzout en zeer corrosief zeewater zo eenvoudig mogelijk neutraal en zacht drinkwater te maken zonder het natriumgehalte - b.v. in de vorm van Na-bicarbonaat - te verhogen (het natrium is immers met een kostbare techniek zo veel mogelijk uit het zeewater verwijderd!)

Alles overwegend lijkt mij de dosering van ca. 60 mg/l Ca(OH)2 als 30% kalkmelk samen met een zeer nauwkeurige pH gestuurde CO2-gas injectie technisch, praktisch en economisch de beste oplossing. Ik wil er nogmaals op wijzen, dat mijn eerste contact met het Chemieforum zeer leerzaam en inspirerend is geweest, en mij ook een indruk heeft gegeven hoe boeiend "chemie" kan zijn.

hzeil

Het doet mij pleizier dat U tevreden bent. U kunt ook nog de hardheid van water hierbij betrekken. Men spreekt daarbij echter niet van het Ca-gehalte maar van de CaO concentratie.

Dat heeft te maken met de analysemethode. Voor de hardheid van water werden hier meestal "Duitse graden" gebruikt. Overigens, CaO is daarbij slechts een rekengrootheid om de gezamenlijke hoeveelheden calciumcarbonaat, calciumwaterstofcarbonaat en calciumsulfaat weer te geven.

Ik weet niet of er voor drinkwater eisen worden gesteld aan de hardheid van water. Op internet (Wikipedia) zult U daar zeker meer over vinden.

Mijn bemoeienis met het maken van drinkwater uit zeewater betrof ooit het gebruik van flash-verdampers. Om water te verdampen en te condenseren onder verlaagde druk. Dat had echter grote materiaalproblemen tot gevolg vanwege het zoute water. De installatie moest namelijk van aluminium worden gemaakt.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

verzadigingsindex van kalkhoudend water

verzadigingsindex van kalkhoudend water

Re: verzadigingsindex van kalkhoudend water

Re: verzadigingsindex van kalkhoudend water

Re: verzadigingsindex van kalkhoudend water

Re: verzadigingsindex van kalkhoudend water

Re: verzadigingsindex van kalkhoudend water