DIN 38404-10-2012 German standard methods for the examination of water waste water and sludge - Physical and physico-chemical parameters (group C) - Part 10 Calculation of the calc.pdf

1、Dezember 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.060.60!$H“1925637www.din.deDDIN 38404-10

2、Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- undSchlammuntersuchung Physikalische und physikalisch-chemische Stoffkenngren(Gruppe C) Teil 10: Berechnung der Calcitsttigung eines Wassers (C 10)German standard methods for the examination of water, waste water and sludge Physical and physico-chemi

3、cal parameters (group C) Part 10: Calculation of the calcit saturation of water (C 10)Mthodes normalises allemandes pour lanalyse des eaux, des eaux rsiduaires et desboues Paramtres physiques et physicochimiques (groupe C) Partie 10: Calcul de la saturation en calcite deau (C 10)Alleinverkauf der No

4、rmen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 38404-10:1995-04www.beuth.deGesamtumfang 23 SeitenDIN 38404-10:2012-12 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 5 1 Anwendungsbereich 6 2 Normative Verweisungen . 6 3 Begriffe 7 4 Bezeichnung 8 5 Plausibilittsprfung 8 6 Berechnungsgrundlagen . 9 6.

5、1 Berechnungsgren . 9 6.2 Reaktionen und Konstanten 9 6.3 Temperaturabhngigkeit der Konstanten 11 6.4 Berechnung der Aktivitten aus Spezieskonzentration und Ionenstrke 11 7 Anforderungen an Rechenprogramme . 13 7.1 Dateneingabe 13 7.2 Reaktionen und Konstanten 13 7.3 Ladungsbilanz . 13 7.4 Iterative

6、r Ablauf der Berechnung und Genauigkeitsgrenzen 13 8 Berechnung der Calcitlsekapazitt . 15 9 Ausgabe der Rechenergebnisse . 15 10 Nachweis der Genauigkeit von Rechenprogrammen . 15 10.1 Allgemeines . 15 10.2 Absolute Genauigkeit . 15 10.3 Relative Genauigkeit 20 11 Angabe der Ergebnisse 21 12 Analys

7、enbericht 21 Literaturhinweise . 22 DIN 38404-10:2012-12 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitskreis NA 119-01-03-01-22 AK Calcitsttigung“ des Arbeitsausschusses NA 119-01-03 AA Wasseruntersuchung“ im Normenausschuss Wasserwesen (NAW) erarbeitet. Diese Norm wurde fr die Anwendung im Rahmen der

8、Umsetzung der Trinkwasserverordnung entwickelt. Es ist erforderlich, bei den Untersuchungen nach dieser Norm Fachleute oder Facheinrichtungen einzuschalten und bestehende Sicherheitsvorschriften zu beachten. Bei Anwendung der Norm ist im Einzelfall je nach Aufgabenstellung zu prfen, ob und inwieweit

9、 die Festlegung zustzlicher Randbedingungen erforderlich ist. Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung Diese Norm wurde gemeinsam mit dem DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. und der Wasserchemischen Gesellschaft eine Fachgruppe in der Gesellschaft D

10、eutscher Chemiker aufgestellt Die vorliegende Norm enthlt das vom Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DIN, dem DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. und der Wasserchemischen Gesellschaft eine Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker erarbeitete Deutsche Einheitsverfahren Be

11、rechnung der Calcitsttigung eines Wassers (C 10)“. Die als DIN-Normen verffentlichten Deutschen Einheitsverfahren sind bei der Beuth Verlag GmbH einzeln oder zusammengefasst erhltlich. Auerdem werden die genormten Einheitsverfahren in der Loseblattsammlung Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abw

12、asser- und Schlammuntersuchung“ gemeinsam von der Beuth Verlag GmbH und der WILEY-VCH Verlag GmbH b) das Berechnungsverfahren dieser Norm ersetzt das Verfahren 3 aus DIN 38404-10:1995-04 mit Neuerungen in folgenden Bereichen: Anwendungsbereich, Plausibilittsprfung, Reaktionskonstanten, Aktivittskoef

13、fizienten, Anforderungen an Rechenprogramme, Genauigkeitsanforderungen an Ergebnisse, Aufnahme von neuen Beispieldatenstzen zur Prfung der absoluten Genauigkeit, Prfschema zur Prfung der relativen Genauigkeit; c) das Verfahren DIN 38404 C 10 R 1 (Bestimmung der Calcitsttigung eines Wasser durch Bere

14、chnung des Sttigungs-pH-Wertes nach Austausch von Kohlenstoffdioxid (pHA) wurde gestrichen; d) das Verfahren DIN 38404 C 10 R 2 (Bestimmung der Calcitsttigung eines Wassers durch Berechnung des Sttigungs-pH-Wertes nach Strohecker und Langelier (pHL) wurde gestrichen; e) das Verfahren DIN 38404 C 10

15、M 4 (Bestimmung der Calcitsttigung durch Marmorlseversuch) wurde gestrichen; f) das Verfahren DIN 38404 C 10 S 5 (Bestimmung der Calcitsttigung durch pH-Schnelltest) wurde gestrichen. Frhere Ausgaben DIN 38404-10: 1979-05, 1995-04 DIN 38404-10:2012-12 5 Einleitung Das Verhalten eines Wassers gegenbe

16、r der Calciumcarbonat-Modifikation Calcit wird durch den Zustand der Calcitsttigung beschrieben. Damit verbunden wird hufig eine Bewertung der korrosionschemischen Eigenschaften des Wassers, in Wechselwirkung mit den blichen in Kontakt tretenden Werkstoffen. Die Trinkwasserverordnung enthlt den zu b

17、erwachenden Parameter Calcitlsekapazitt“ (Anlage 3, Indikatorparameter) und fordert die rechnerische Ermittlung nach dieser Norm. Alle erforderlichen Angaben zur hinreichend genauen Berechnung der Calcitlsekapazitt mittels geeigneter Programme sind in dieser Norm enthalten. Eine Prfung der Eignung v

18、on Rechenprogrammen, hinsichtlich der relativen und absoluten Genauigkeit von Rechenergebnissen, ist mit den aufgefhrten Beispieldatenstzen und einem von Analysendaten unabhngigen Prfschema mglich. DIN 38404-10:2012-12 6 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Rechenverfahren fest, mit dem die Calci

19、tsttigung bzw. die zur Beschreibung der Calcitsttigung verwendeten Gren, Calcitlse- bzw. abscheidekapazitt, berechnet werden knnen. Diese Norm gilt fr Wsser, die fr die Verteilung als Trinkwasser bestimmt sind und dient ausschlielich der Bestimmung der vorgenannten Gren. Das Rechenverfahren erlaubt

20、zwar auch die Berechnung weiterer Wasserparameter (z. B. Sttigungsindex, Spezieskonzentrationen), diese sind jedoch nicht Gegenstand der Norm. Es gelten die maximalen Zugabemengen der Liste der Zusatzstoffe zur Aufbereitung gem 11 der Trinkwasserverordnung. Fr die ordnungsgeme Anwendung des Rechenve

21、rfahrens und fr die Plausibilittskontrolle der Rechenergebnisse mssen folgende Daten zur Wasserbeschaffenheit durch der Trinkwasserverordnung entsprechende Analysenverfahren (bevorzugt genormt) ermittelt werden und qualittsgesichert vorliegen: pHtder pH-Wert des zu untersuchenden Wassers bei der Mes

22、stemperatur t; t die Messtemperatur des Wassers, in C; tbdie Bewertungstemperatur des Wassers, auf die die Aussage des Verfahrens bezogen wird, in C; Surekapazitt bis pH-Wert 4,3 (KS4,3) in mmol/l mit Titrationstemperatur (t4,3); Base- (KB8,2) bzw. Surekapazitt bis pH 8,2 (KS8,2) in mmol/l mit Titra

23、tionstemperatur (t8,2); Stoffmengenkonzentrationen c in mmol/l oder Massenkonzentrationen in mg/l folgender Stoffe: Calcium, Magnesium, Natrium, Kalium, Chlorid, Nitrat, Orthophosphat, Sulfat. Das hier beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Calcitlsekapazitt wird hufig auch auerhalb des eigentlic

24、hen Anwendungsbereichs fr die Berechnung von Rohwssern genutzt. Hier ist insbesondere fr saure Wsser eine Plausibilittskontrolle (siehe Abschnitt 5) zu empfehlen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung

25、dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1345, Thermodynamik; Grundbegriffe DIN 38409-7, Deutsche Einheitsverfahren zu

26、r Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung Summarische Wirkungs- und Stoffkenngren (Gruppe H) Teil 7: Bestimmung der Sure- und Basekapazitt (H 7) DIN 50930-6:2001-08, Korrosion der Metalle Korrosion metallischer Werkstoffe im Innern von Rohrleitungen, Behltern und Apparaten bei Korrosionsbelastung

27、 durch Wsser Teil 6: Beeinflussung der Trinkwasserbeschaffenheit DEV A0-5, Plausibilitt von Analysendaten durch Ionenbilanzierung Verfahren A0-51)1)Zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin oder Wiley-VCH Verlag GmbH Das Wasser ist calcitlsend. DC= 0; Das Wasser ist im Zustand der Calcitsttig

28、ung. DCpHC: Das Wasser ist calcitabscheidend. 3.5 Sttigungs-pH-Wert nach Austausch von Kohlenstoffdioxid pHAtheoretischer pH-Wert eines Wassers, der sich einstellt, wenn die Calcitsttigung durch Austausch von Kohlenstoffdioxid erreicht wird; dabei bleiben der Calciumgehalt und die Surekapazitt (KS4,

29、3) unverndert ANMERKUNG pH pHA: Das Wasser ist calcitabscheidend. DIN 38404-10:2012-12 8 3.6 Sttigungsindex SI Logarithmus des Quotienten aus dem Produkt der Calcium- und der Carbonationenaktivitten und dem Lslichkeitsprodukt von Calcit unter den herrschenden thermodynamischen Gegebenheiten ( ) ( )+

30、CKCOaCaaS232lg=I(1) Dabei ist a die Aktivitt; KCGleichgewichtskonstante fr Calcit nach Tabelle 1. ANMERKUNG SI0: Das Wasser ist calcitabscheidend. 3.7 Bewertungstemperatur tb Temperatur des Wassers in Grad Celcius (C), fr die die Calcitsttigung berechnet wird ANMERKUNG In der Regel entspricht die Be

31、wertungstemperatur der Wassertemperatur bei der Probenahme. 4 Bezeichnung Bezeichnung des Verfahrens zur Berechnung der Calcitsttigung eines Wassers (C 10): Verfahren DIN 38404 C 10 5 Plausibilittsprfung Fr die Berechnung der Calcitlsekapazitt und die Durchfhrung einer Plausibilittskontrolle mssen a

32、lle im Anwendungsbereich genannten Daten zur Wasserbeschaffenheit vorliegen. Fr die Berechnung des Kohlensuregleichgewichts ist ein Wertepaar aus pH-Wert, KS4,3und KB8,2(bzw. KS8,2) notwendig. Das System ist bei Vorliegen aller drei Werte berbestimmt und es stehen 3 unabhngige Rechenwege zur Verfgun

33、g. Damit kann eine Plausibilittskontrolle hinsichtlich der Genauigkeit der Analysenwerte durchgefhrt werden. Die Analysenwerte erfllen die in diesem Verfahren gestellten Genauigkeitsanforderungen, wenn die fr die Bewertungstemperatur berechneten pH-Werte aus den drei o. g. Rechenwegen um nicht mehr

34、als 0,05 pH-Einheiten voneinander abweichen. Gravierende Abweichungen zwischen den berechneten pH-Werten zeigen an, dass zumindest einer der drei Messwerte, pH-Wert, KS4,3und KB8,2 (bzw. KS8,2), mit einem vergleichsweise groen Fehler behaftet ist. Einen Rckschluss, welcher der drei Messwerte fehlerb

35、ehaftet ist, liefert die Plausibilittskontrolle nicht. Die Durchfhrung dieser Plausibilittskontrolle ist nicht fr alle Wasserzusammensetzungen sinnvoll. Fr Wsser, die Basekapazitten bis pH 8,2 von weniger als 0,1 mmol/l aufweisen, sollte die Calcitlsekapazitt ausschlielich aus dem pH-Wert und der Su

36、rekapazitt bis pH 4,3 berechnet werden. Dieses Wertepaar wird in der Regel auch fr die Berechnung der Calcitlsekapazitt im Trinkwasser herangezogen werden, sofern auf eine Plausibilittskontrolle verzichtet werden soll. DIN 38404-10:2012-12 9 6 Berechnungsgrundlagen 6.1 Berechnungsgren Es sind jeweil

37、s die Gesamtkonzentrationen c(i)toteinschlielich der in Komplexen gebundenen Anteile zu bercksichtigen. ANMERKUNG Fr (m-Wert)4,3ist der m-Wert bei pH = 4,3 und fr (p-Wert)8,2der p-Wert bei pH = 8,2 einzusetzen. 6.1.1 m-Wert Ladungsbilanz der Konzentrationen aller Spezies der schwachen Elektrolyte (

38、) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )+ HOH+PO3+HPO2 +POH+CO2 HCO=Wert-tot-34tot2-4tot-42tot2-3tot3cccccccm (2) 4,34,34,3t)Wer-(Wert- mKKm +=BS(3) 6.1.2 p-Wert Konzentrationssumme ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )+= HOH+PO3+HPO2 +POH+CO +aqCOWert-tottottottot-34-24-42-232cccccccp (4) 8,28,28,2Wert)-(Wert- pKKp +=SB(5)

39、 6.1.3 c(DIC) Gesamtkonzentration an anorganischem Kohlenstoff ( ) ( ) ( )tot-23tot-32CO+HCO+aqCO=(DIC) cccc (6) Wert-Wert-(DIC) pmc = (7) 6.2 Reaktionen und Konstanten Die Reaktionen und Konstanten sind in Tabelle 1 zusammengestellt. DIN 38404-10:2012-12 10 Tabelle 1 Reaktionen und Konstanten, die

40、zur Berechnung der Calcitsttigung nach dem Verfahren DIN 38404 C 10 zu bercksichtigen sind Reaktion lg(K0) H Cp-Werte Lslichkeitsgleichgewicht Calcit +2Ca +23CO s3,CaCO 8,481 10 000 250 Dissoziationsgleichgewichtsreaktionen und Konstanten OH +H OH213,996 56 532 197 23CO + H2 32COH 16,685 24 200 620

41、23CO +H 3HCO 10,329 14 950 290 24SO +H 4HSO 2,024 22 000 100 34PO + H3 43POH 21,308 760 900 34PO + H2 42POH 19,159 8 450 740 34PO +H 24HPO 11,959 4 370 510 Komplexierungsreaktionen und Konstanten +2Ca +23CO 03CaCO3,200 16 000 430 +2Ca + HCO32 +3CaHCO11,450 7 000 290 +2Ca + H2PO43 +42POCaH20,165 4 60

42、0 20 +2Ca +34PO+H 4CaHPO14,531 8 000 0 +2Ca +34PO 4CaPO6,462 11 500 0 +2Ca + OH +Ca(OH) 1,340 13 000 50 +2Ca +24SO 04CaSO2,310 7 600 170 +2Mg +23CO 03MgCO2,947 13 000 70 +2Mg + HCO32 +3MgHCO11,397 7 700 290 +2Mg + H2PO43 +42POMgH20,680 5 800 0 +2Mg +34PO+H 4MgHPO14,837 9 500 0 +2Mg +34PO 4MgPO6,589

43、13 000 0 +2Mg + OH +Mg(OH) 2,220 7 000 100 +2Mg +24SO 04MgSO2,263 18 000 10 DIN 38404-10:2012-12 11 6.3 Temperaturabhngigkeit der Konstanten Die Konstanten K fr die Temperatur t (in Grad Celsius) werden aus K0fr die lonenstrke I = 0 nach folgender Gleichung (8) (Vant-Hoff-Gleichung) berechnet: += 1l

44、n(10)ln11(10)ln)lg()lg(0000TTTTRCTTRHKKp(8) Dabei ist Ig(K) der dekadische Logarithmus des Zahlenwertes der Gleichgewichtskonstanten bei der Temperatur T; lg(K0) der dekadische Logarithmus des Zahlenwertes der Gleichgewichtskonstanten bei der Bezugstemperatur T0; T die Temperatur, in Kelvin; T = t +

45、 273,15; T0die Bezugstemperatur 298,15 K (25 C); H die Reaktionenthalpie, in J/mol (aus Tabelle 1); Cpdie Wrmekapazitt der Reaktion, J/(mol K) (aus Tabelle 1); R universelle Gaskonstante 8,314 J/(mol K); InT/T0 der natrliche Logarithmus des Quotienten aus der Temperatur und der Bezugstemperatur (T/T

46、0). 6.4 Berechnung der Aktivitten aus Spezieskonzentration und Ionenstrke Nach dem Massenwirkungsgesetz mssen bei der Berechnung der Gleichgewichte die Aktivitten der Spezies bercksichtigt werden. Diese berechnen sich durch Multiplikation der Spezieskonzentration c(i) mit dem individuellen Aktivitts

47、koeffizienten f(i) nach Gleichung (9): )()()( ificia = (9) Dabei ist a(i) die Aktivitt der Spezies i; c(i) die Konzentration der Spezies i; f(i) der individuelle Aktivittskoeffizient der Spezies i. DIN 38404-10:2012-12 12 Der individuelle Aktivittskoeffizient wird nach der Debye-Hckel-Regel wie folg

48、t berechnet: IigBIizAif+=)(1)()(lg2(10) mit =iizicI2)()(0,5 (11) ( )1,56101,823DKTA= (12) ( )0,550,248DKTB= (13) 32410010,00089390,000080,40087,74 tttDK += (14) Dabei ist I die lonenstrke des Wassers, in Mol je Liter (mol/l); z(i) die Ladung der Spezies i; g(i) der Ionsizeparameter (siehe Tabelle 2); c(i) die Stoffmengenkonzentration der Spezies i, in Mol je Liter (mol/l); DK die Dielektrizittskonstante des Wassers; T die Temperatur, in Kel