水质饱和碳酸盐指数及稳定指数计算工具

结垢机理研究1.1 理论分析水垢一般都是具有反常溶解度的难溶或微溶盐类，它具有固定晶格，单质水垢较坚硬致密。

水垢的生成主要决定于盐类是否过饱和以及盐类结晶的生长过程。

水是一种很强的溶剂，当水中溶解盐类的浓度低于离子的溶度积时，他将仍然以离子状态存在于水中，一旦水中溶解盐类的浓度达到饱和状态时，设备粗糙的表面和杂质对结晶过程的催化作用就促使这些饱和盐类溶液以水垢形态结晶析出。

水垢的种类有很多，但通常油田水中只含有其中少数几种水垢。

最常见的水垢有碳酸盐类水垢，组成为CaCO3、MgCO3，但易被酸化去除，危害相对较小；而硫酸盐垢，组成成分有CaSO4、BaSO4、SrSO4，常常采用防垢方法加以阻止；铁化物垢组成为FeCO3、FeS、Fe（OH）2、Fe2O3。

实际上一般的结垢都不是单一的组成，往往是混合垢，只不过是以某种垢为主而已。

表2-13 常见垢的溶度积垢溶度积垢溶度积BaSO4 1.1×10-10SrSO4 3.2×10-7CaCO3 2.8×10-9FeS 8.3×10-13CaSO49.1×10-8FeCO3 3.2×10-11MgCO3 3.5×10-8Fe（OH）28.0×10-13注：溶度积温度为18～25℃（1）不相容论两种化学不相容的液体（不同层位含有不相容的离子的地层水、地层水和地面水、清水和污水）相混，因为含有不同离子或不同浓度的离子，就会产生不稳定的、易于沉淀的固体。

如宝浪油田，两个不同层位的水一混合就结垢，主要是因为一层含有SO42-，另一层含有Ba2+、Sr2+较多，混合后就生成BaSO4、SrSO4。

（2) 热力学条件变化当井下热力学和动力学条件不变时，即使有不相容的离子，并且为过饱和溶液也会处于稳定的状态。

在油井生产的过程中，压力的下降，温度的上升或流速的变化，均会导致高矿化度水结垢。

“KH”计算公式可能指的是水族箱水的碳酸盐硬度（KH），这是衡量水抵抗pH 值变化能力的指标。

高KH 值表明水具有较大的缓冲pH 值变化的能力，而低KH 值则表明水容易发生快速的pH 值波动。

计算KH 的公式不是标准的，可能取决于所用测试套件的类型和测量单位。

但是，一个常用的公式是：
KH (dKH) = (滴定体积(ml) * 0.02) / 测试水的体积(L)
在此公式中，滴定体积（以毫升为单位）是将给定体积的水的pH 值降低0.3 个单位所需的酸量。

测试的水量（以升为单位）是水族箱中的水量。

结果以碳酸盐硬度(dKH) 表示。

请务必注意，此公式只是一个估计值，可能并不适用于所有测试套件或水样。

为获得更准确的结果，建议遵循测试套件制造商提供的说明。

水质指数计算方法水质指数是衡量水体质量的一个综合评价指标，它能够反映水体中污染物的浓度和对生态环境及人体健康的影响程度。

水质指数的计算方法包括多个指标的综合评估，下面将介绍几种常用的水质指数计算方法。

一、污染指数法污染指数法是通过将水样中各种污染物的浓度与相应的国家或地方标准进行对比，计算得到水质指数。

通常，根据水样中不同污染物的浓度，分别计算各个污染物的污染指数，然后将各个污染物的污染指数加权平均得到水质指数。

这种方法简单直观，能够综合考虑多种污染物对水质的影响，但需要准确测量各种污染物的浓度，并参考相应的标准。

二、综合污染指数法综合污染指数法是在污染指数法的基础上，引入了不同污染物对水质的毒性等级，通过对各种污染物的毒性等级进行加权计算，得到水质指数。

这种方法能够更加准确地评估水质的综合污染情况，但需要对不同污染物的毒性等级有较为准确的了解，并进行合理的加权计算。

三、变异系数法变异系数法是一种基于统计学方法的水质指数计算方法，它主要通过计算水样中各种污染物的变异系数，来评估水质的稳定性和污染程度。

变异系数是衡量数据变异程度的一个指标，可以反映出水样中污染物的分布情况和浓度变化趋势。

通过对水样中各种污染物的变异系数进行加权计算，得到水质指数。

这种方法能够较为客观地评估水质的变异性和污染程度，但需要较多的数据支持和统计学知识。

四、灰色关联度法灰色关联度法是一种基于灰色系统理论的水质指数计算方法，它通过对水样中各种污染物的浓度序列进行灰色关联度分析，得到水质指数。

灰色关联度是一种衡量序列相关性的指标，可以反映出不同污染物对水质的综合影响程度。

通过对水样中各种污染物的灰色关联度进行加权计算，得到水质指数。

这种方法能够较好地反映不同污染物之间的相互关系和综合影响，但需要较为复杂的计算和较长的序列数据。

水质指数的计算方法有污染指数法、综合污染指数法、变异系数法和灰色关联度法等。

每种方法都有其优缺点和适用范围，选择合适的计算方法需要根据具体情况和目的来确定。

水环境质量评价的普适指数公式水环境质量评价的普适指数公式是一种用于综合评价水环境质量的指标体系，可以客观地描述和评估水体的污染状况和变化趋势。

它包括了水体中的物理、化学和生物参数，通过量化和综合这些指标，可以得出水环境质量的普适指数。

普适指数公式的基本形式如下：E=∑(Wi×Pi)其中，E表示水环境质量的普适指数，Wi表示第i个指标的权重，Pi表示第i个指标的评分值。

在具体应用中，可以根据实际情况选择适合的指标和权重。

以下是一些常用的指标和权重在公式中的应用示例：1.溶解氧指标（Wi=0.1）：溶解氧是反映水体中氧气含量的重要指标，对于维持水体中的生态系统和水生生物的生存至关重要。

溶解氧的评分值可以根据检测结果来确定。

2.化学需氧量（COD）指标（Wi=0.2）：COD是衡量水体中有机污染物含量的重要指标，其评分值可以根据检测结果来确定。

3.氨氮指标（Wi=0.15）：氨氮是评价水体污染程度的重要指标之一，其评分值可以根据检测结果来确定。

4.水体透明度（Wi=0.05）：透明度是反映水体中固体悬浮物含量的指标，对于评价水体浑浊程度有着重要的影响。

5.消化率指标（Wi=0.2）：消化率是评价水体中有机物降解能力的重要指标，可以通过实验数据来获得。

6.生态指数（Wi=0.3）：生态指数是评价水生生物多样性和水生态系统功能的重要指标，可以通过调查和采样分析获得。

公式中的权重可以根据实际需求进行调整，体现了各个指标在整体评价中的重要性。

根据不同的评价目标和要求，可以对指标和权重进行调整和优化，以得到更准确和可靠的水环境质量评价结果。

需要注意的是，水环境质量的评价不仅仅依赖于指标和权重的选择，还需要合理的采样和监测方法，并在评价过程中考虑到环境因素的影响。

只有综合考虑各个因素，才能得出准确和科学的水环境质量评价结果，为水环境保护和管理提供科学依据。

水质饱和+稳定指数的计算一、水质稳定指数的计算1.饱和指数（L.S.I.）L.S.I.=pH-pHs>0 结垢L.S.I.=pH-pHs=0 不腐蚀不结垢L.S.I.=pH-pHs<0 腐蚀其中pHs=（9.70+A+B）-（C+D）式中A——总溶解固体系数；B——温度系数；C——钙硬度系数；D——M-碱度系数。

2.稳定指数（R.S.I.）R.S.I.=2pHs- pH<6 结垢R.S.I.=2pHs- pH=6 不结垢不腐蚀R.S.I.=2pHs- pH>6 腐蚀3.结垢指数（P.S.I.）P.S.I.=2pHs- pH eq<6 结垢P.S.I.=2pHs- pH eq=6 稳定P.S.I.=2pHs- pH eq>6 腐蚀其中pH eq=1.465lg[M-碱度]+4.54式中M-碱度——系统中水的总碱度（以碳酸钙计），mg/L。

二、水质稳定判断1．Langelier 饱和指数L.S.I. = pH - pHs＞ 0 结垢L.S.I. = pH - pHs＝ 0 不腐蚀不结垢L.S.I. = pH - pHs＜0 腐蚀其中： pHs ＝PKz－ PKs＋ Pca ＋ PM-碱度＋2.5μKz、Ks以活度表示的碳酸的二级电离常数和碳酸钙的溶度积 M碱度以甲基橙为指示剂所测定的总碱度μ离子强度也可将上式进行简化如下：pH s ＝（9.7+A+B）－（C+D）Ａ总溶解固体系数; Ｂ温度系数; Ｃ钙硬度系数; ＤＭ碱度系数.Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ系数换算表：2．Ryznar 稳定指数R.S.I是由雷兹纳在实际工作中总结出的一个经验公式，计算式如下：R.S.I. = 2pH– pH ＜ 6 结垢s– pH ＝ 6 不腐蚀不结垢R.S.I. = 2pHR.S.I. = 2pH– pH ＞ 6 腐蚀s同L.S.I相比，R.S.I更接近实际，但同L.S.I一样未考虑水处理因素对结垢的影响，因此也只能对未作处理的原水作判断。

水质的稳定性的判断雷兹纳稳定指数可利用如下公式进行计算：1.利用雷兹纳稳定指数判断水质的稳定性：2pHs－pH7.5严重腐蚀2.pHs（碳酸钙饱和pH的计算）pHs=（9.3＋A＋B）－（C＋D）式中：A-总溶解固体的函数；B-温度的函数；C-钙硬度的函数；D-总碱度的函数。

问：循环水加酸控制pH值，加酸量如何计算？答：系统中首次加酸量G′、经常加酸量G可由下式计算：G′=V×（M-M′）×98/（100×a×1000）（kg/h）G=BT×（M-M′）×98/（100×a×1000）（kg/h）式中：V--保有水量，m3；BT--总排污水量，m3/hM--浓缩一定倍数是时pH值下的总碱度（以CaCO3计），mg/L；M′--该浓缩水调节至所要求pH值下的总碱度（以CaCO3计），mg/L；98--硫酸的分子量；a--商品硫酸的纯度，%。

M，M′均与补充水的pH值和碱度无关，可由现场实测得到。

为防止加酸过多事故发生，应在贮酸罐和冷却塔水池之间增加一个缓冲罐，缓冲罐只能存贮一天的加酸量，通过这个罐把酸加到系统中，即使控制系统失误而加酸过多，也不会超过一天的加酸量，降低危害。

问：循环水缓蚀阻垢剂加药量如何计算？答：①首次药剂投入量G1，也称之为基础投加量，G1=VC1/10a (kg)式中：V-保有水量，m3；C1-循环水中药剂浓度，mg/L；a-商品药剂的纯度，%；②连续排污并连续加药，系统的维持药剂投入量G2，G2=BTC2/10a (kg)式中：BT-总排污量，m3/h；C2-循环水达到的管理浓度，mg/L；a-商品药剂的纯度，%；③连续排污但间断加药，系统的维持药剂投入量G3，G3=（C0-C3）V/10a (kg)式中：C0-循环水中药剂初始浓度，mg/L；C3-经过t小时后的循环水中药剂浓度，mg/L；V-保有水量，m3；a-商品药剂的纯度，%；经过t小时后的循环水中药剂浓度C3，G3=C0·e- BT·t/V (kg)什么是稳定指数(S)它有什么局限性？1944年，赖兹纳指出，利用饱和指数(Is)判断水质时，经常出现错误，因此，他提出用经验S=2PHs--PH来代替饱和指数(Is)作为判断水质的依据，并把2PHs--PH的差值称作稳定指数。

Ryznar稳定指数法1. 介绍Ryznar稳定指数法是一种用于评估水质稳定性的方法，它可以帮助我们了解水中溶解物质对管道和设备的腐蚀性。

该方法由Walter O. Ryznar于1944年提出，并被广泛应用于水处理领域。

2. 原理Ryznar稳定指数是通过计算钙碱平衡（Langelier饱和指数）来评估水质的稳定性。

该指数基于水中钙和碱性物质的浓度，以及水的pH值。

2.1 钙碱平衡钙碱平衡是指水中钙离子（Ca2+）与碱性物质（主要是碳酸盐）之间的相对浓度关系。

当钙离子和碱性物质的浓度达到一个平衡时，水就被认为是稳定的。

2.2 Langelier饱和指数Langelier饱和指数（LSI）是一种计算钙碱平衡的方法，它基于水中溶解性钙carbonate mineral saturation index。

通过计算LSI值，我们可以判断水中是否存在腐蚀或沉积问题。

LSI的计算公式如下：LSI = pH - pHs其中，pH是水的pH值，pHs是饱和水中碳酸盐的pH值。

3. 应用Ryznar稳定指数法主要用于评估水处理系统的腐蚀性和沉积性。

通过测量水样的pH值和钙、碱性物质的浓度，可以计算出LSI值，并根据LSI值来判断水质的稳定性。

3.1 腐蚀性评估当LSI小于0时，说明水中溶解物质过多，可能导致管道和设备的腐蚀。

在这种情况下，我们需要采取措施来降低水中溶解物质的浓度，以减少对管道和设备的损害。

3.2 沉积性评估当LSI大于0时，说明水中溶解物质过少，可能导致管道和设备内部发生沉积。

沉积物会影响流体的流动性能，并且可能会增加维护成本。

在这种情况下，我们需要采取措施来增加水中溶解物质的浓度，以防止沉积问题。

4. 测量方法为了计算LSI值，我们需要测量水样的pH值和钙、碱性物质的浓度。

以下是一些常用的测量方法：4.1 pH测量pH可以使用玻璃电极或电子pH计进行测量。

在测量前，需要对电极进行校准以确保准确性。

一、水质稳定指数的计算1.饱和指数（）结垢不腐蚀不结垢腐蚀其中pHs=（+A+B）-（C+D）式中 A——总溶解固体系数；B——温度系数；C——钙硬度系数；D——M-碱度系数。

2.稳定指数（）pH<6 结垢pH=6 不结垢不腐蚀pH>6 腐蚀3.结垢指数（）pH<6 结垢eq=6 稳定pHeq>6 腐蚀pHeq其中pH=[M-碱度]+eq式中 M-碱度——系统中水的总碱度（以碳酸钙计），mg/L。

二、水质稳定判断1．Langelier 饱和指数= pH - pHs＞ 0 结垢= pH - pHs＝ 0 不腐蚀不结垢= pH - pHs＜0 腐蚀其中： pHs ＝PKz－ PKs＋ Pca ＋ PM-碱度＋μKz、Ks以活度表示的碳酸的二级电离常数和碳酸钙的溶度积 M碱度以甲基橙为指示剂所测定的总碱度μ离子强度也可将上式进行简化如下：pH s ＝（+A+B）－（C+D）Ａ总溶解固体系数; Ｂ温度系数; Ｃ钙硬度系数; ＤＭ碱度系数.Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ系数换算表：2．Ryznar 稳定指数是由雷兹纳在实际工作中总结出的一个经验公式，计算式如下：= 2pH– pH ＜ 6 结垢s– pH ＝ 6 不腐蚀不结垢= 2pHs= 2pH– pH ＞ 6 腐蚀s同相比，更接近实际，但同一样未考虑水处理因素对结垢的影响，因此也只能对未作处理的原水作判断。

3．Puckorius 结垢指数是帕科拉兹在稳定指数的基础上提出来的一个经验公式，他用平衡pH，即PHeq代替计算公式中的实测pH。

比更接近实际。

PHeq的计算公式如下：PHeq＝ lgM += 2pHs – pHeq＜ 6 结垢= 2pHs – pHeq＝ 6 不腐蚀不结垢= 2pHs – pHeq＞ 6 腐蚀Ｍ系统中水的总碱度（以CaCO3 计），mg/l由于只是用总碱度对进行修正，也未考虑到人为的水处理措施对结垢的影响，因此在实际应用中具有较大的局限性。

水处理设计中常用计算软件1.水处理软件：- WaterCAD：用于供水网络系统的模拟与分析，包括流量、压力、水质等参数的计算与优化。

-EPANET：用于供水系统的管理与模拟分析，可以进行供水管网的水力、水质以及操作模拟等工作。

- AQUA（AWWA Water Distribution System Simulator）：用于供水管网系统模拟与分析，可以进行管道流量、压力、水质等参数的计算与优化。

- WaterGEMS：用于供水管网系统的模拟与优化，包括水质、压力、流量、温度等参数。

- H2OMAP Water：用于供水管网系统的模拟与分析，包括水质、压力、流量等参数的计算与优化。

2.污水处理软件：- BioWin：用于污水处理工艺的模拟与优化，包括活性污泥法、厌氧消化、氨氮脱除等工艺的模拟与经济性评估。

-GPS-X：用于污水处理系统的建模与优化，包括生物反应器、沉淀池、消化池等单元操作的模拟与调整。

- STOAT（Simulink-based TOol for Advanced Treatment processes）：用于污水处理工艺的建模与仿真，包括去除污染物的过程优化与良好的环境展示。

-WEST：用于污水处理系统的建模与优化，包括生物反应器、污泥处理、氮磷去除等过程的模拟与分析。

-AQUASIM：用于污水处理的动态模拟与优化，可以对各类生物反应器、沉淀器、消化池等工艺单元进行建模与仿真。

3.环境水质软件：-CE-QUAL-W2：用于湖泊和水库的水质与水动力模拟，可以模拟湖泊、水库、河流等周边环境对水质的影响。

- WASP（Water Quality Analysis Simulation Program）：用于湖泊、水库、河流、水源地等的水质模拟，可模拟水质污染的扩散传输与生态风险评估。

- EFDC（Environmental Fluid Dynamics Code）：用于环境水质与水动力模拟，包括河流、湖泊、海岸区域等水体环境的水动力与水质的数值模拟。

循环冷却水水质稳定性判断方法的研究综述高强;张凌峰;李晨光;董超【摘要】Corrosion and scaling are the main water quality troubles in circulating cooling water systems. People usually judge the tendency of corrosion and scaling of circulating cooling water with water quality indexes. The water quality indexes which are used for judging the stability of water quality of circulating cooling water in China and abroad has been studied,and elucidated based on solubility equilibrium of calcium carbonate and multi-parameters. At the end,the method of intelligent prediction based on data is put forward, so as to provide an accurate and reasonable direction and reference for the judgment of corrosion and scaling characteristics of water quality.%腐蚀和结垢是循环冷却水系统中主要的水质故障,人们常采用水质判断指数来判断循环冷却水水质的腐蚀和结垢趋势.主要研究了国内外判断循环冷却水水质稳定性的水质指数,并将其按照基于碳酸钙溶解平衡和基于多参数分析进行阐述,最后提出了一种基于数据的智能预测方法,旨在为准确、合理判断水质的腐蚀特性和结垢特性提供一个方向和参考.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2011(031)010【总页数】5页(P20-24)【关键词】循环冷却水;水质稳定;判断方法;腐蚀;结垢【作者】高强;张凌峰;李晨光;董超【作者单位】天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室(天津理工大学),天津300384;天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室(天津理工大学),天津 300384;中石化股份天津分公司,天津 300271;天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室(天津理工大学),天津 300384【正文语种】中文【中图分类】O661冷却水是大多数工业企业进行生产不可缺少的工艺条件，据不完全统计，在石油、化工、电力、冶金等系统冷却水占到总工业用水的60%～70%。

水质综合预警指数计算方法及应用介绍水质是人类赖以生存和发展的重要资源，然而，随着经济的快速发展和人口的增加，水质污染问题日益突出。

为了及早发现水质问题并采取相应的治理措施，水质综合预警指数应运而生。

本文将介绍水质综合预警指数的计算方法和应用。

一、水质综合预警指数计算方法水质综合预警指数是通过对水质监测数据进行综合分析和评价得出的，一般使用定量评价方法。

以下是常用的水质综合预警指数计算方法：1. 指数法指数法是最常用的计算水质综合预警指数的方法之一。

它通过将各个水质指标值转化为相应的百分制得分，并对得分进行加权求和，得到综合评价指数。

常用的指数法有MAI法和水质状况指数法。

2. 模型法模型法是一种将数据统一输入到数学模型中进行计算的方法。

常用的模型有神经网络模型、灰色模型和支持向量机模型等。

模型法通常需要先进行一定的数据处理和模型训练，然后才能得到预警指数。

3. 统计法统计法是通过统计水质指标的历史数据和变异情况，对当前水质状况进行预测和评估的方法。

常用的统计法有回归分析法、时间序列分析法和聚类分析法等。

统计法需要对大量的历史数据进行处理和分析，具有较高的精度和准确性。

二、水质综合预警指数的应用水质综合预警指数可以应用于各个领域的水质监测和管理。

以下是水质综合预警指数的几个常见应用场景：1. 水源地保护水源地是城市供水的重要来源，保护水源地水质至关重要。

通过对水质综合预警指数的计算和分析，可以及时掌握水源地的水质状况，预警水质超标的可能性，从而采取相应的保护和治理措施，确保供水安全。

2. 污水治理污水治理是解决水质污染问题的重要手段。

通过对污水排放口和周边水体的水质综合预警指数进行监测和计算，可以及时发现污染源，采取相应的治理措施，保护水体的健康。

3. 水产养殖水质是影响水产养殖的重要因素之一。

通过对水质综合预警指数的计算和监测，可以实时评估水体的适宜程度，及时采取措施调整水质，保证养殖环境的良好状态，提高水产养殖的产量和质量。

资料结垢预测模型在了解到大庆弱碱三元复合驱油水井的结垢现状的同时，可根据相应数据选用结垢预测模型Oddo-Tomson饱和指数法[1]、Langelier的饱和指数(SI)法或Ryznar的稳定指数(SAI)法[2]预测不同情况下的结垢情况，辅助分析结垢问题。

饱和指数法按下列公式计算：SI=pH-K-pCa-pAlK，pALK=lg{1/(2[CO32-]+[HCO3-])}，μ=1/2(C1Z12+C2Z22+…+C i Z i2)。

式中：SI—饱和指数；pH—水样的pH值；K—修正系数，由离子强度和水的温度的关系曲线(图1)可查；pCa—钙离子(Ca2+)浓度(mol/L)的负对数；pAlK—总碱度(mol/L)的负对数；µ—离子强度；C i—离子浓度，mol/L；Z i—离子价数。

需注意的是，注水井内pH值随注水管内水的温度和压力的变化而变化，pH值必须由计算得出[3]：pH1=pH2+ΔpH，其中ΔpH=4。

05×10-3(θd-θs)+4。

58×10-7-3。

07×10-5(p d-p s)。

式中，pH1，pH2分别为井底环境下、地面环境下的pH值；θs，θd分别为地面温度和井底温度，℃；p d，p s分别为井底和地面压力，KPa。

判断方法是：SI小于0表示碳酸钙未饱和，没有结垢的趋势；SI等于0表示碳酸钙处于稳定状态，也就是临界状态；SI大于0表示碳酸钙处于过饱和状态，有结垢的趋势。

稳定指数按下式进行计算：SAI=2(K+pCa+pAlK)-pH，pAlK=lg{1/(2[CO32-]+[HCO3-])}，μ=1/2(C1Z12+C2Z22+…+C i Z i2)。

式中：SAI—稳定指数；K—修正系数，由图可查；pCa—钙离子(Ca2+)浓度(mol/L)的负对数；pAlK—总碱度(mol/L)的负对数；µ—离子强度；C i—离子浓度，mol/L；Z i—离子价数。