Целью статьи является обобщение подходов к преобразованию концентраций азотных форм веществ в ионные формы, а также способы преобразования показателя фосфор фосфатов в форму фосфат-ионов.
Общие сведения
Федеральный закон "Об охране окружающей среды" от 10.01.2002 № 7-ФЗ предусматривает, что перечень загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды устанавливается Правительством Российской Федерации (п. 2 ст. 4.1.). Указанный перечень утвержден распоряжением Правительства РФ от 20.10.2023 N 2909-р. (далее - Перечень 2909-р).
Проблематика
В ряде случаев государство устанавливает иные наименования (формы) регулируемых веществ. Так п. 5 ст. 23 Закона № 7-ФЗ предусмотрено, что для объектов централизованных систем водоотведения поселений или городских округов, отнесенных к объектам I категории, комплексным экологическим разрешением устанавливаются технологические нормативы на основе технологических показателей наилучших доступных технологий (ТП НДТ) в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов (далее - ЦСВПГО), установленных Правительством Российской Федерации на основе информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов с учетом мощности очистных сооружений ЦСВПГО, а также категорий водных объектов или их частей, в которые осуществляется сброс сточных вод.
Таким образом, постановлением Правительства РФ от 15.09.2020 № 1430 "Об утверждении технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов" утверждены ТП НДТ в сфере очистки сточных вод с использованием ЦСВПГО. Согласно Приложению. № 2 к ТП НДТ утверждены для следующего перечня веществ:
- вешенные вещества
- ХПК
- БПК5
- азот аммонийный
- азот нитратов
- азот нитритов
- фосфор фосфатов
Последние 4 показателя (далее будем называть их элементные формы) не содержатся в Перечне 2909-р. Следовательно, для целей государственного регулирования (например, установления величин технологических нормативов в составе заявки на получение КЭР или включения таких веществ в расчет НДС для объектов ЦСВПГО, отнесенных ко II категории) требуется пересчет показателей (концентраций) элементных форм в формы, установленные Перечнем 2909-р (в ионные формы):
- азот аммонийный в "Аммоний-ион"
- азот нитратов в "Нитрат-ион"
- азот нитритов в "Нитрит-ион"
- фосфор фосфатов в "Фосфат-ион"
Способы преобразований
В целях перевода (преобразования, пересчета) элементных форм в ионные на практике применяется несколько подходов.
1. Пересчет с использованием коэффициентов, утвержденных руководящими документами Росгидромета
Пересчет азотных форм в ионные предусмотрен в руководящих документах Росгидромета. Руководящие документы утверждаются приказами Росгидромета и используются Росгидрометом непосредственно в работе.
Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по управлению государственным имуществом и оказанию государственных услуг в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды, федеральному государственному контролю (надзору) за проведением работ по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (п. 1 Положения о Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, утвержденного ПП РФ от 23.07.2004 № 372)
Таким образом в качестве преимущества метода можно отметить, что используемые в РД коэффициенты являются официально утвержденными федеральным органом исполнительной власти.
Для азота аммонийного:
Пункт 12.2 РД 52.24.383-2018 "Массовая концентрация аммонийного азота в водах. Методика измерений фотометрическим методом в виде индофенолового синего", введенного в действие приказом Росгидромета от 04.04.2018 № 125, предусматривает:
При необходимости представления результатов измерений в виде массовой концентрации ионов аммония значения массовой концентрации аммонийного азота и абсолютной погрешности результатов измерений умножают на коэффициент пересчета 1,288.
Для азота нитратного:
Пункт 12.2 РД 52.24.380-2017 "Массовая концентрация нитратного азота в водах. Методика измерений фотометрическим методом с реактивом Грисса после восстановления в кадмиевом редукторе", введенного в действие приказом Росгидромета от от 10.01.2018 № 1, предусматривает:
При необходимости представления результатов измерений в виде массовой концентрации нитрат-ионов значения массовой концентрации нитратного азота и абсолютной погрешности результатов измерений умножают на коэффициент пересчета 4,427.
Для азота нитритного:
Пункт 12.2 РД 52.24.381-2017 "Массовая концентрация нитритного азота в водах. Методика измерений фотометрическим методом с реактивом Грисса", введенного в действие приказом Росгидромета от от 10.01.2018 № 1, предусматривает:
При необходимости представления результатов измерений в виде массовой концентрации нитрит-ионов значения массовой концентрации нитритного азота и абсолютной погрешности результатов измерений умножают на коэффициент пересчета 3,284.
Для фосфора фосфатов:
Пункт 12.2 РД 52.24.382-2019 "Руководящий документ. Массовая концентрация фосфатного фосфора в водах. Методика измерений фотометрическим методом", введенного в действие Приказом Росгидромета от 22.03.2019 № 126, предусматривает:
При необходимости представления результатов измерений в виде массовой концентрации фосфат-ионов значения массовой концентрации фосфатного фосфора и абсолютной погрешности результатов измерений умножают на коэффициент пересчета 3,066.
Резюмируя предлагаемый подход, концентрации ионных форм из азотных можно получить умножив имеющуюся концентрацию элементной формы на коэффициент:
Элемент-ион = Элементная форма * Коэффициент
Аммоний ион = Азот аммонийный х 1,288
Нитрат-анион = Азот нитратов х 4,427
Нитрит-анион = Азот нитритов х 3,284
Фосфат ион = Фосфор фосфатов (фосфаты по (фосфору)) х 3,066
Следует отметить, что зная значение коэффициента, пересчет может быть выполнен и в обратную сторону - можно получить значение элементной формы из ионной формы, воспользовавшись арифметикой:
Элементная форма = Элемент-ион / Коэффициент
2. Пересчет с использованием коэффициентов, содержащихся в нормативных документах на методы определения веществ в водах
Метод пересчета аналогичен методу, изложенному выше в п. 1, но в качестве источника информации используются не руководящие документы, а аттестованные методики измерений. Реестр аттестованных методик: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/16
Примеры:
Для азота аммонийного:
п. 10.2 ПНД Ф 14.1:2:3.1-95 (номер в реестре: ФР.1.31.2017.27257) "Методика измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом несслера":
Содержание аммонийного азота рассчитывают по формуле:
Xамм.азот = X * 0,7765
где 0,7765 - коэффициент пересчета NH/ в N.
Х - Массовая концентрация ионов аммония NH4+ (мг/дм3) в пробах
Для азота нитритного:
Раздел 12 НДП 10.1:2:3.91-06 (номер в реестре ФР 1.31.2017.28626) "Методика измерений массовой концентрации нитрит-ионов в пробах питьевых, природных и сточных вод фотометрическим методом с реактивом грисса":
При необходимости представления результата анализа в виде массовой
концентрации азота нитритов (Хн, мг/дм3), его рассчитывают но формуле
Xн = X * 0,3045
И так далее.
3. Пересчет с использованием коэффициентов пропорциональности и атомных масс конкретных элементов.
Метод основан на использовании данных об относительных атомных массах атомов элементов, указанных в таблице периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева с учетом элементного состава искомых форм элементов.
Атомная масса азота составляет 14,007
Атомная масса водорода составляет 1,008
Аммоний-ион состоит из 1 атома азота и 4 атомов водорода. Следовательно, атомная масса Аммоний-иона составляет: 14,007 + 4*1,008 = 18,039
Таким образом можно составить пропорцию: Концентрация азота (Сазот) относится к концентрации аммоний-иона (Самм.ион) так же, как атомная масса азота (Атом.М азот) относится к атомной массе аммоний-иона (Атом.М амм.ион):
Сазот : Самм.ион = Атом.М азот : Атом.М амм.ион
Как правило в левой части уравнения нам известна одна из концентраций. Например, когда ПП РФ № 1430 установлено значение ТП НДТ для элементной формы: Среднегодовая концентрация Азота аммонийного = 1 мг/дм3 (для Большие - сверхкрупные очистные сооружений при сбросе в водный объект категории "Б") и требуется привести её к ионной форме. Тогда исходя из правила пропорции, изложенного выше:
Аммоний-ион:
Самм.ион = Сазот х 18,039 : 14,007 = 1 х 18,039 : 14,007 = 1,288
Аналогично можно установить и коэффициенты для остальных элементов и инов исходя из их атомных масс:
Нитрат-ион (1 атом азота и 3 атома кислорода, массой 15,999):
Коэффициент пересчета для нитрат-иона: 62,004 : 14,007 = 4,427
Нитрит-ион (1 атом азота и 2 атома кислорода, массой 15,999):
Коэффициент пересчета для нитрит-иона: 46,005 : 14,007 = 3,284
Фосфат-ион (1 атом фосфора и 4 атома кислорода)
Коэффициент пересчета для фосфат-иона: 94,97 : 30,974 = 3,066
Таким образом мы приходим к тем же коэффициентам пересчета, что установлены в рамках РД (смотри метод пересчета № 1), поскольку коэффициенты в РД, вероятно, получены тем же способом.
Приведенный метод атомных масс и пропорции поможет рассчитать коэффициенты самостоятельно, если под рукой нет РД Росгидромета или в случае, если РД будет актуализирован без указания таких коэффициентов. Также подобный метод является универсальным и для других ионов: например зная концентрацию сульфидов, можно вычислить содержание серы в составе этих сульфидов. Также можно сделать вывод о физическом смысле коэффициентов пересчета: величина, обратная коэффициенту пересчета отражает массовую долю элемента в составе искомого иона. Например, для коэффициента пересчета в аммоний-ион:
1 / 1,288 = 0,7764, умножив на 100% получим 77,64 % массы приходится на азот в составе аммоний-иона
При это следует помнить, что знание о концентрациях, например "Азота общего" не поможет определить концентрации ионных форм, поскольку для этого потребуется сначала выяснить соотношения содержания нитратов, нитритов и ионов аммония и других соединений азота в воде. То есть из азота общего нельзя сделать вывод о содержании нитратов, но при наличии данных о концентрации азота нитратного, содержание нитрат-ионов в воде можно рассчитать.
4. Постановка технического задания для лаборатории таким образом, чтобы в протоколах испытаний сточных вод, вод поверхностных водных объектов были указаны помимо ионных форм элементные.
Применение этого подхода позволит получить сразу фактические данные в требуемой форме, без необходимости пересчета при обработке. Сведения, представленные аккредитованной лабораторией, не вызывают вопросов у сотрудников органов государственной власти и могут применяться при расчетах.
Кроме того, в результате получения такого протокола можно вычислить примененный лабораторией коэффициент пересчета и использовать его при пересчете ТП НДТ в требуемую форму исходя из принципа единообразия.
Заключение.
Существует еще один коэффициент пересчета для аммонийного азота. Он указан в п. 5.3.3 ГОСТ 33045-2014 ВОДА Методы определения азотсодержащих веществ (ISO 6777:1984, NEQ):
При необходимости представления результата в пересчете на массовую концентрацию аммонийного азота результат, полученный по формуле (5) или (7), умножают на коэффициент 0,78.
На мой взгляд по сравнению с представленными выше коэффициентами, он имеет слишком грубое округление и искажает результаты пересчета. Учитывая изложенное, мной данный коэффициент не применяется на практике.
Настоящая статья может быть полезной экологам-проектировщикам и экологам на предприятиях при обосновании пересчета и в качестве справочной при обобщения подходов к пересчету показателей.
#экология #нормированиесбросов #экологическоенормирование #КЭР