Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу
МЕТОДИКА РАСЧЁТА СУММАРНОЙ МОЛЯРНОЙ Ростов-на-Дон 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
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 РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ МЕТОДИКА РАСЧЕТА СУММАРНОЙ МОЛЯРНОЙ Дата введения - 2009-07-01 1 Область примененияНастоящий 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 погрешности2.1 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
3 Метод расчёта3.1 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 средыТребования безопасности при определении суммарной молярной (массовой) концентрации ионов натрия и калия и суммарной массовой концентрации ионов не регламентируются. 5 Требования к квалификации операторовК 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 расчётов6.1 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
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
7 Оформление результатов расчётов7.1 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 погрешностиКонтроль погрешности проводят при выполнении измерений массовой концентрации катионов и анионов в соответствии с алгоритмами, приведёнными в МВИ, используемыми в лаборатории [1]. Приложение А
|