Руководящий документ РД 52.24.514-2009 "Методика расчёта суммарной молярной (массовой) концентрации ионов натрия и калия, суммарной массовой концентрации ионов в водах" (утв. Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 3 июня 2009 г.) (с изменениями и дополнениями)

Руководящий документ РД 52.24.514-2009
"Методика расчёта суммарной молярной (массовой) концентрации ионов натрия и калия, суммарной массовой концентрации ионов в водах"
(утв. Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 3 июня 2009 г.)

Дата введения - 7 января 2009 г.
Взамен РД 52.24.514-2002

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 , 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 .

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 , рыбохозяйственного - 120 . Содержание калия нормируется только в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения. ПДК калия при минерализации менее 100 составляет 10 , при более высокой минерализации - 50 .

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 . В поверхностных водах суши сумма ионов соответствует, как правило, минерализации.

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 натрия и от 0,5 до 300 калия, а также суммарной массовой концентрации ионов в диапазоне от 5,0 до 20000 .

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 и суммарной массовой концентрации ионов при доверительной вероятности Р = 0,95 в зависимости от типа воды

Тип поверхностных вод суши (по Алекину О.А.)	Показатель точности (границы погрешности), %
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 (в пересчете на соответствующий элемент), то их также учитывают при расчёте 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
КВЭ, мг/ммоль	20,04	12,15	14,01	35,45	48,03	61,01	14,01

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

. (1)

6.2 Для пересчета суммарной молярной концентрации в суммарную массовую концентрацию натрия и калия , , используют формулу

, (2)

где - эмпирический эквивалент, числовые значения которого зависят 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) , , рассчитывают по сумме величин массовых концентраций главных катионов , , (кальция, магния, натрия, калия) и анионов , , (гидрокарбонатов, карбонатов, сульфатов, хлоридов)

. (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

, , (4)

или , , (5)

, , (6)

где , , - границы характеристики абсолютной погрешности определения соответствующих суммарных молярных (массовых) концентраций для разных типов воды, рассчитанные по формулам

, , (7)

, , (8)

, . (9)

, - границы относительной погрешности определения соответствующих суммарных массовых концентраций для разных типов воды (см. таблицу 1).

7.2 Характеристика абсолютной погрешности определения суммарной молярной , , (массовой , ) концентраций ионов натрия и калия и суммарной массовой концентрации ионов , , может быть рассчитана на основании характеристик погрешности измерений конкретных катионов и анионов по МВИ, используемым в лаборатории, по формулам

, (10)

, (11)

. (12)

где - характеристика погрешности измерения i-того катиона, участвующего в расчётах, ;

- концентрация i-того катиона, участвующего в расчётах, ;

- характеристика погрешности измерения i-того аниона, участвующего в расчётах, ;

- концентрация i-того аниона, участвующего в расчётах, ;

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].