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

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

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

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

Суммарную молярную концентрацию ионов натрия и калия Σ', ммоль/дм³ КВЭ, рассчитывают по разности между суммарной молярной концентрацией анионов Σ_А, ммоль/дм³ КВЭ, и суммарной молярной концентрацией катионов Σ_KI, ммоль/дм³ КВЭ, кальция, магния (а также аммония, если его концентрация превышает 0,1 мг/дм³).

Σ' = Σ_А - Σ_KI.                                                        (1)

6.2 Для пересчета суммарной молярной концентрации в суммарную массовую концентрацию натрия и калия Σ", мг/дм³, используют формулу

Σ" = (Σ_A - Σ_KI) ∙ Э_Na+K,                                                   (2)

где Э_Na+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 Σ_K2, мг/дм³, (кальция, магния, натрия, калия) и анионов Σ_а, мг/дм³, (гидрокарбонатов, карбонатов, сульфатов, хлоридов)

Σ'" = Σ_A + Σ_K2.                                                           (3)

Таблица 3 - Средние значения эмпирического эквивалента суммы натрия и калия для вод различных климатических зон в половодье и межень

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 Δ_ki - характеристика погрешности измерения i-того катиона, участвующего в расчётах, мг/дм³ (ммоль/дм³);

X_ki - концентрация i-того катиона, участвующего в расчётах, мг/дм³ (ммоль/дм³);

Δ_ai - характеристика погрешности измерения i-того аниона, участвующего в расчётах, мг/дм³ (ммоль/дм³);

X_ai - 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.