Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды (Росгидромет)
|
РУКОВОДЯЩИЙ
ДОКУМЕНТ
|
РД
52.24.514-2009
|
МЕТОДИКА РАСЧЁТА СУММАРНОЙ МОЛЯРНОЙ
(МАССОВОЙ) КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ НАТРИЯ И
КАЛИЯ,
СУММАРНОЙ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
ИОНОВ В ВОДАХ
Ростов-на-Дон
2009
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Государственным учреждением
Гидрохимический институт (ГУ ГХИ)
2 РАЗРАБОТЧИКИ Назарова А.А., канд. хим. наук, Боева
Л.В., канд. хим. наук
3 СОГЛАСОВАН с ГУ «НПО Тайфун» 03.03.2009 и
УМЗА Росгидромета 02.06.09
4 УТВЕРЖДЕН Заместителем Руководителя
Росгидромета 03.06.2009
5 АТТЕСТОВАН ГУ ГХИ, свидетельство об
аттестации методики № 168-1.24-2008 от 04.02.2008
6 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦМТР ГУ «НПО «Тайфун» за
номером РД 52.24.514-2009 от 23.06.2009
7 ВЗАМЕН РД
52.24.514-2002. Методические указания. Расчет общего содержания натрия и
калия, общего содержания ионов в поверхностных водах суши
СОДЕРЖАНИЕ
|
1 Область применения. 2
2 Приписанные характеристики
погрешности. 3
3 Метод расчёта. 3
4 Требования безопасности, охраны
окружающей среды.. 3
5 Требования к квалификации
операторов. 3
6 Выполнение расчётов. 3
7 Оформление результатов расчётов. 5
8 Контроль погрешности. 5
Приложение А (справочное)
Библиография. 5
|
Введение
Натрий и калий относятся к
главным компонентам химического состава природных вод. Натрий по
распространённости среди катионов стоит на первом месте, составляя больше
половины их общего содержания.
Основными источниками
поступления этих металлов в поверхностные воды суши являются изверженные,
осадочные породы и самородные растворимые хлориды, сульфаты и карбонаты. Кроме
того, натрий и калий поступают в поверхностные воды с хозяйственно-бытовыми и
промышленными сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей.
Источником поступления натрия также могут быть засоленные почвы, из которых он
вымывается атмосферными осадками. Большое значение имеют и биологические
процессы, протекающие на водосборе, в результате которых образуются растворимые
соединения натрия и калия.
Калий относится к числу
биогенных элементов, необходимых для развития водной растительности.
Натрий обладает высокой
миграционной способностью, что обусловлено хорошей растворимостью его
соединений в воде, слабо выраженной способностью к сорбции взвесями и донными
отложениями. Миграционная способность калия ниже, однако, из-за низкой
концентрации калия, и натрий, и калий в поверхностных водах суши мигрируют
преимущественно в растворённом состоянии в виде ионов.
Концентрация натрия в речных
водах колеблется от нескольких единиц до сотен миллиграммов в кубическом
дециметре, концентрация калия - от десятых долей до нескольких сотен
миллиграммов в кубическом дециметре в зависимости от физико-географических
условий, геологических особенностей бассейнов водных объектов и интенсивности
антропогенного воздействия на него. Обычно в поверхностных водах суши
концентрация натрия не превышает 300 мг/дм3, но в некоторых случаях
может достигать граммов в кубическом дециметре (например, в соленых озерах,
небольших реках засушливых регионов с преимущественно подземным питанием). В
большинстве поверхностных вод суши содержание калия не превышает 20 мг/дм3.
Внутригодовые изменения
концентрации натрия и калия в поверхностных водах суши связаны, в основном, с
гидрологическим режимом водных объектов.
Содержание натрия и калия в
воде нормируется в зависимости от характера использования водного объекта. ПДК натрия для водных
объектов хозяйственно-питьевого назначения
составляет 200 мг/дм3, рыбохозяйственного - 120 мг/дм3.
Содержание калия нормируется только в воде водных объектов рыбохозяйственного
назначения. ПДК калия при минерализации менее 100
мг/дм3 составляет 10 мг/дм3,
при более высокой минерализации - 50 мг/дм3.
Раздельное определение натрия
и калия методами пламенной фотометрии и ионометрии предпочтительно по сравнению с расчётным
методом определение этих компонентов. Однако в ряде случаев, при отсутствии
необходимых приборов, при проведении исследований по сокращённой программе
допустимо определять суммарную молярную (массовую) концентрацию ионов натрия и
калия расчётным методом.
Суммарную массовую
концентрацию растворённых в поверхностных водах веществ, содержащих
преимущественно главные ионы, называют обычно суммой ионов и выражают в мг/дм3.
В поверхностных водах суши сумма ионов соответствует, как правило,
минерализации.
РД 52.24.514-2009
МЕТОДИКА РАСЧЕТА СУММАРНОЙ МОЛЯРНОЙ
(МАССОВОЙ) КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ НАТРИЯ
И КАЛИЯ, СУММАРНОЙ МАССОВОЙ
КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ В ВОДАХ
Дата
введения - 2009-07-01
1
Область применения
Настоящий руководящий
документ устанавливает методику расчёта суммарной массовой и молярной
концентраций ионов натрия и калия в пробах поверхностных вод суши, отобранных в
створах, не
подверженных непосредственному поступлению сточных вод в диапазонах от 1 до
3000 мг/дм3 натрия и от 0,5 до 300 мг/дм3 калия, а также
суммарной массовой концентрации ионов в диапазоне от 5,0 до 20000 мг/дм3.
Руководящий документ
предназначен для использования в лабораториях, осуществляющих мониторинг
состояния и загрязнения водных объектов.
2 Приписанные характеристики погрешности
2.1 При соблюдении всех регламентируемых
методиками выполнения измерений (МВИ) условий проведения измерений главных
ионов (кальция, магния, натрия, калия, гидрокарбонатов, карбонатов, сульфатов
хлоридов) [1] характеристика
погрешности определения суммарной массовой концентрации ионов натрия и калия и
суммарной массовой концентрации ионов не превышает значений, приведённых в
таблице 1.
Таблица 1 - Значения характеристик погрешности определения
суммарной молярной (или суммарной массовой концентрации) калия и натрия δ1 и суммарной массовой концентрации ионов δ2 при доверительной вероятности Р = 0,95 в
зависимости от типа воды
|
Тип поверхностных вод суши (по
Алекину О.А.)
|
Показатель точности (границы погрешности),%
|
|
± δ1
|
±
δ2
|
|
Гидрокарбонатный
|
20
|
30
|
|
Сульфатно-натриевый, магниевый
|
20
|
35
|
|
Хлоридный
|
25
|
35
|
3 Метод расчёта
3.1 В поверхностных водах суши преобладают
ионы натрия, калия, магния и кальция, гидрокарбонаты, хлориды, сульфаты.
Остальные ионы, как правило, находятся в незначительных количествах [2]. Если сумма анионов (в миллимолях
количества вещества эквивалентов (КВЭ) в кубическом дециметре) больше суммы
катионов (кальция и магния), можно рассчитать суммарную молярную концентрацию
ионов калия и натрия по разности суммарных молярных концентраций анионов и катионов.
В зоне влияния сточных вод на
химический состав поверхностных вод суши, особенно при поступлении натрия и
калия со сточными водами, определять суммарную массовую концентрацию натрия и
калия расчётным методом не рекомендуется.
3.2 Суммарную массовую концентрацию ионов
рассчитывают по сумме концентраций главных ионов (кальция, магния, натрия,
калия, гидрокарбонатов, карбонатов, сульфатов хлоридов).
Примечание - В случае, если массовые концентрации других ионов (ионов
аммония, нитратов или других) превышают 0,1 мг/дм3 (в пересчете на
соответствующий элемент), то их также учитывают при расчете суммарных
концентраций натрия и калия и суммарной массовой концентрации ионов.
4 Требования безопасности, охраны окружающей среды
Требования безопасности при
определении суммарной молярной (массовой) концентрации ионов натрия и калия и
суммарной массовой концентрации ионов не регламентируются.
5 Требования к квалификации операторов
К выполнению расчётов
суммарной молярной (массовой) концентрации ионов натрия и калия и суммарной
массовой концентрации ионов допускаются специалисты с высшим или средним
специальным образованием, имеющие опыт работы в гидрохимической лаборатории.
6 Выполнение расчётов
6.1 Расчёт суммарной молярной концентрации
ионов натрия и калия производят при наличии результатов измерений массовых
концентраций главных ионов по аттестованным МВИ [1]. Массовые концентрации катионов и анионов,
определённые по МВИ, следует перевести в молярные концентрации КВЭ, используя
значения КВЭ, приведённые в таблице 2.
Таблица 2 - Значения КВЭ некоторых ионов
|
Наименование иона
|
Ca2+
|
Mg2+
|
N-NH+4
|
Cl-
|
SO4-
|
НСO3-
|
N-NO3-
|
|
КВЭ, мг/ммоль
|
20,04
|
12,15
|
14,01
|
35,45
|
48,03
|
61,01
|
14,01
|
Суммарную молярную концентрацию ионов натрия и калия Σ', ммоль/дм3 КВЭ,
рассчитывают по разности между суммарной молярной концентрацией анионов ΣА, ммоль/дм3 КВЭ,
и суммарной молярной концентрацией катионов ΣKI,
ммоль/дм3 КВЭ, кальция, магния (а также аммония, если его
концентрация превышает 0,1 мг/дм3).
Σ' = ΣА - ΣKI. (1)
6.2 Для пересчета суммарной молярной
концентрации в суммарную массовую концентрацию натрия и калия Σ", мг/дм3, используют формулу
Σ" = (ΣA - ΣKI) ∙ ЭNa+K, (2)
где ЭNa+K - эмпирический эквивалент, числовые
значения которого зависит от климатической зоны и гидрологической фазы водного
объекта (половодье, паводок или межень). Средние значения эмпирических
эквивалентов приведены в таблице 3.
В том случае, когда река на
своем протяжении пересекает несколько климатических зон, следует использовать
разные эмпирические эквиваленты, характерные для каждой зоны.
6.3 Суммарную массовую концентрацию ионов
(сумму ионов) Σ'", мг/дм3, рассчитывают по сумме величин массовых
концентраций главных катионов ΣK2, мг/дм3, (кальция, магния, натрия, калия) и
анионов Σа, мг/дм3,
(гидрокарбонатов, карбонатов, сульфатов, хлоридов)
Σ'" = ΣA
+ ΣK2. (3)
Таблица 3 - Средние значения
эмпирического эквивалента суммы натрия и калия для вод различных климатических
зон в половодье и межень
|
Климатическая зона, водные объекты
|
Среднее значение эмпирического эквивалента в
|
|
половодье (паводок)
|
Межень (зимняя / летняя)
|
|
1 Горные области
|
|
|
|
1.1 Район истоков рек
|
28
|
27/27
|
|
1.2 Ниже по
течению
|
27
|
26/26
|
|
2 Тундра и лесотундра
|
|
|
|
2.1 Водные
объекты Северо-Востока Сибири
|
27
|
26/26
|
|
2.2 Водные
объекты Севера европейской части и Западной Сибири
|
26
|
25/25
|
|
2.3 Водные
объекты Кольского п-ва
|
25
|
25/25
|
|
2.4 Устьевые
участки крупных рек:
|
|
|
|
р. Лена
|
25
|
23,5/24
|
|
р. Енисей
|
25
|
24/24
|
|
р. Обь
|
26
|
24/25
|
|
р. Печора
|
25
|
24/24
|
|
р. Северная Двина
|
26
|
24/24
|
|
3 Лесная зона (тайга,
смешанный и лиственный лес)
|
|
|
|
3.1 Водные
объекты Восточной Сибири
|
25
|
24/24
|
|
3.2 Водные
объекты Дальнего Востока
|
25
|
24/24
|
|
3.3 Водные
объекты Западной Сибири
|
26
|
24/24
|
|
3.4 Водные
объекты Европейской части
|
25
|
24/24
|
|
3.5 Ладожское
и Онежское озера
|
25
|
25/25
|
|
4 Лесостепь и степь
|
24
|
23,5/23,5
|
|
5 Полупустыня и пустыня
|
23,5
|
23,2/23,2
|
7 Оформление результатов расчётов
7.1 Суммарную молярную (массовую) концентрацию
ионов натрия и калия и суммарную массовую концентрацию ионов в документах,
предусматривающих его использование, представляют в виде
Σ' ± Δ', ммоль/дм3, (4)
или Σ"
± Δ", мг/дм3, (5)
Σ'" ± Δ'", мг/дм3, (6)
где ± Δ', ± Δ",
± Δ'" - границы характеристики абсолютной погрешности
определения соответствующих суммарных молярных (массовых) концентраций для
разных типов воды, рассчитанные по формулам
± Δ' = 0,01 ∙ δ1 ∙ Σ',
ммоль/дм3, (7)
± Δ" = 0,01 ∙ δ1 ∙ Σ", мг/дм3, (8)
± Δ'" = 0,01 ∙ δ2 ∙ Σ'", мг/дм3. (9)
δ1, δ2 - границы относительной погрешности
определения соответствующих суммарных массовых концентраций для разных типов
воды (см. таблицу 1).
7.2 Характеристика абсолютной погрешности
определения суммарной молярной ± Δ'л,
ммоль/дм3, (массовой ± Δ"л, мг/дм3)
концентраций ионов натрия и калия и суммарной массовой концентрации ионов ±
Δ'"л, мг/дм3, может быть рассчитана на основании
характеристик погрешности измерений конкретных катионов и анионов по МВИ,
используемым в лаборатории, по формулам
(10)
(11)
(12)
где Δki - характеристика погрешности измерения i-того катиона, участвующего в расчётах, мг/дм3
(ммоль/дм3);
Xki - концентрация i-того катиона, участвующего в расчётах, мг/дм3 (ммоль/дм3);
Δai - характеристика погрешности измерения i-того аниона, участвующего в расчётах, мг/дм3
(ммоль/дм3);
Xai - концентрация i-того аниона,
участвующего в расчётах, мг/дм3 (ммоль/дм3);
n - число катионов, участвующих в расчётах;
m - число
анионов, участвующих в расчётах.
8 Контроль погрешности
Контроль погрешности проводят
при выполнении измерений массовой концентрации катионов и анионов в
соответствии с алгоритмами, приведёнными в МВИ, используемыми в лаборатории [1].
Приложение А
(справочное)
Библиография
[1] РД 52.18.595 Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к
применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей
природной среды.
[2] Справочник по гидрохимии // Под ред. А.М. Никанорова - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - С. 9 - 36.
