朗格利尔指数最初是为常规的循环冷却水系统开发的,而不是为反渗透系统。?它的本质是判断水在特定温度和酸碱度下,对于碳酸钙是倾向于溶解(腐蚀)还是析出(结垢)。
LSI0:?水是“过饱和”的,有结垢倾向。
LSI=0:?水是“饱和”的,处于平衡状态。
LSI0:?水是“未饱和”的,有腐蚀倾向。
直接将原水的参数代入传统LSI公式来计算反渗透系统的结垢风险是完全错误的。原因有两个:
浓度极化:?在反渗透膜表面,被截留的盐分会在膜表面形成一个浓度远高于主体进水的边界层。这个区域的真实盐浓度可能是主体进水的1.2倍甚至更高。
系统回收率:?反渗透是一个不断浓缩的过程。随着水透过膜变成产水,剩余的浓水中的各项离子浓度会成倍增加。
因此,反渗透系统中计算LSI的核心思想是:计算最恶劣位置——即膜表面浓水侧的结垢倾向。
反渗透专用的LSI计算公式在形式上与传统公式一致,但参数选取有本质区别:
LSI=pH-pHs
这里的?pH?和?pHs?都需要使用浓水的参数进行计算。
第一步:计算浓水水质参数
这是最关键的一步。我们需要知道经过反渗透膜浓缩后,以及考虑了浓度极化效应后,膜表面的水质是什么样的。
1.计算浓缩倍数:浓缩倍数≈1/(1-回收率)
例如,75%的回收率,浓缩倍数=1/(1-0.75)=4倍。这意味着浓水中的离子浓度(钙离子、碱度等)大约是原水的4倍。
2.计算浓水的各项指标:
[Ca2?]浓水=[Ca2?]原水×浓缩倍数
碱度浓水=碱度原水×浓缩倍数
TDS浓水=TDS原水×浓缩倍数
3.计算浓水的pH值:
由于RO膜会对溶解的二氧化碳有不同程度的脱除,浓水的pH值会发生变化。一个经验计算是:pH浓水≈pH原水+0.2~0.5
更精确的计算需要基于亨利定律和碳酸平衡,但实际操作中,很多工程师会直接测量浓水的pH,或使用设计软件进行估算。为简化说明,我们可以假设pH变化不大,或采用一个经验偏移值。
4.考虑浓度极化因子:
[Ca2?]膜表面=[Ca2?]浓水×β
碱度膜表面=碱度浓水×βTDS膜表面=TDS浓水×β
其中?β?是浓度极化因子,通常在1.1到1.2之间,取决于膜元件的设计和流道状况。保守计算通常取1.2。
第二步:计算浓水的pHs
pHs是饱和pH值,即水正好处于碳酸钙溶解平衡时的pH。其计算非常复杂,涉及多个变量:pHs=(9.3+A+B)-(C+D)
其中:
A?是与总溶解固体相关的常数。TDS越高,A值越小。可以查表或使用经验公式:A≈0.1×log10(TDS)(TDS单位为mg/L)。
B?是与温度相关的常数。温度越高,碳酸钙越容易析出,B值越小。例如25°C时B≈2.55,50°C时B≈2.07。
C?是与钙硬度相关的常数。C≈2.2-0.55×log10([Ca2?]asCaCO?)([Ca2?]单位为mg/L)。
D?是与M碱度相关的常数。D≈2.5-0.33×log10(AlkasCaCO?)(碱度单位为mg/L)。
请注意:?这里的[Ca2?]、碱度、TDS都必须是第一步计算出的膜表面浓水的参数。
第三步:计算LSI
将第二步计算出的pHs和第一步估算/测量出的pH浓水代入公式:LSI_RO=pH浓水-pHs