DIN 38404-10:2012-12 -- Beispielrechnungen

Zehn Beispielwässer (Input)

Die DIN 38404-10:2012-12 (Tabelle 4) enthält zehn Beispielwässer zur Calcitsättigung. Alle zehn Beispielwässer sind aqion beigefügt als C1, C2 bis C10:3

    Bsp 1 Bsp 2 Bsp 3 Bsp 4 Bsp 5
  pH   7.34 7.80 7.00 5.60 7.37
  T °C 10.0 15.0 10.0 10.0 10.0
  Tb °C 10.0 15.0 10.0 10.0 10.0
  KS43 mM 2.50 1.63 5.45 0.22 2.50
  Ca mM 1.40 0.75 3.50 0.15 1.40
  Mg mM 0.23 0.10 0.70 0.05 0.25
  Na mM 0.30 0.40 2.30 0.30 0.40
  K mM 0.05 0.10 0.30 0.10 0.07
  Cl mM 0.25 0.30 2.70 0.34 0.55
  NO3 mM 0.15 0.03 0.50 0.18 0.20
  SO4 mM 0.38 0.15 1.20 0.05 0.25
  PO4 mM 0.00 0.00 0.00 0.00 0.07
    Bsp 6 Bsp 7 Bsp 8 Bsp 9 Bsp 10
  pH   7.86 7.59 7.47 7.30 7.30
  T °C 15.0 12.0 10.0 15.0 61.0
  Tb °C 15.0 12.0 10.0 15.0 61.0
  KS43 mM 1.66 1.15 2.00 4.25 1.98
  Ca mM 0.78 1.30 1.00 2.65 1.00
  Mg mM 0.10 0.25 0.25 0.20 0.18
  Na mM 0.45 1.60 0.20 0.30 0.20
  K mM 0.05 0.15 0.06 0.06 0.05
  Cl mM 0.28 0.85 0.35 0.75 0.10
  NO3 mM 0.00 0.10 0.05 0.05 0.05
  SO4 mM 0.15 1.40 0.20 0.55 0.25
  PO4 mM 0.07 0.00 0.03 0.00 0.03

Die Abkürzungen bedeuten:4

T Messtemperatur in °C
Tb Bewertungstemperatur in °C
KS43 Säurekapazität in mmol/L

Man kann diese Beispielwässer in aqion einlesen (Taste Open) und nacheinander die Berechnungen ausführen (Taste Start). Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Ergebnisvergleich: aqion vs. DIN

Die folgende Tabelle vergleicht die Ergebnisse von aqion mit den zehn Berechnungsbeispielen der DIN 38404-10 (Dez 2012):

Bsp 1 (10°C) Bsp 2 (15°C) Bsp 3 (10°C) Bsp 4 (10°C) 1 Bsp 5 (10°C) 2
DIN aqion DIN aqion DIN aqion DIN aqion DIN aqion
IS 5.36 5.37 3.12 3.12 15.17 15.16 1.04 1.05 5.48 5.48
pH 7.34 7.34 7.80 7.80 7.00 7.00 5.60 5.60 7.37 7.37
pHC 7.66 7.65 8.05 8.05 7.08 7.07 7.77 7.72 7.67 7.66
DIC 2.74 2.74 1.63 1.62 6.72 6.75 1.38 1.47 2.66 2.67
m-Wert 2.45 2.45 1.58 1.57 5.39 5.40 0.17 0.18 2.51 2.45
p-Wert -0.29 -0.29 -0.05 -0.05 -1.33 -1.35 -1.21 -1.29 -0.15 -0.22
SI -0.40 -0.39 -0.28 -0.28 -0.12 -0.10 -4.15 -4.12 -0.38 -0.37
DC 14.5 14.2 3.2 3.2 16.3 14.2 111.1 117.2 14.0 13.6
Zustand lösend lösend lösend lösend lösend lösend lösend lösend lösend lösend
Bsp 6 (15°C) 2 Bsp 7 (12°C) Bsp 8 (10°C) 2 Bsp 9 (15°C) Bsp10 (61°C)
DIN aqion DIN aqion DIN aqion DIN aqion DIN aqion
IS 3.22 3.22 7.17 7.15 4.10 4.09 8.89 8.88 3.79 3.79
pH 7.86 7.86 7.59 7.59 7.47 7.47 7.30 7.30 7.30 7.30
pHC 8.06 8.05 8.09 8.08 7.88 7.88 7.23 7.22 7.31 7.29
DIC 1.58 1.59 1.16 1.17 2.09 2.08 4.67 4.63 2.06 2.06
m-Wert 1.68 1.61 1.09 1.10 1.98 1.93 4.19 4.16 1.95 1.93
p-Wert 0.01 0.02 -0.07 -0.07 -0.12 -0.15 -0.48 -0.47 -0.10 -0.13
SI -0.22 -0.22 -0.55 -0.54 -0.50 -0.49 0.10 0.10 -0.01 0.01
DC 3.0 2.7 5.5 5.5 11.5 11.2 -7.1 -7.5 0.3 -0.4
Zustand lösend lösend lösend lösend lösend lösend absch absch gesätt gesätt

Die Abkürzungen bedeuten:

Tb Bewertungstemperatur in °C (im Tabellenkopf angegeben)
IS Ionenstärke in mmol/L
pH pH-Wert des Wassers bei der Bewertungstemperatur Tb
pHC pH-Wert bei Calcitsättigung
DIC Dissolved Inorganic Carbon in mmol/L
m-Wert m-Wert in mmol/L
p-Wert p-Wert in mmol/L
SI Sättigungsindex von Calcit
DC Calcitlöse- bzw. Calcitabscheidekapazität in mg/L

In der untersten Tabellenzeile ist der Zustand des Wassers angegeben: calcitlösend, calcitgesättigt oder calcitabscheidend.

Man beachte die hohe Bewertungstemperatur von 61 in Beispiel 10; in allen anderen Beispielen liegt die Bewertungstemperatur zwischen 10 und 15. Und eben diese Abweichungen von der Standardtemperatur 25 sind Hauptgrund für die Unterschiede zwischen DIN und aqion – siehe nachfolgender Abschnitt.

Die aqion-Ergebnisse stehen hier stellvetretend für alle PhreeqC-basierten Programme (und der thermodynamischen Datenbank wateq4f 5).

Ein Hauptunterschied zwischen aqion und DIN

Wenn man von Details absieht, so liegt der Hauptgrund für die zwar kleinen, aber doch vorhandenen Abweichungen der Berechnungsergebnisse in den thermodynamischen Daten. So gibt die DIN für die Temperaturkorrektur der Gleichgewichtskonstanten ganz andere Werte vor, als die von aqion verwendete Datenbank wateq4f5. Das wird am Beispiel von Calcit (Löslichkeitsgleichgewicht) besonders deutlich:

  DIN-Vorschrift Datenbank wateq4f
  ΔH = 10 000 J/kmol allgemeinste T-Abhängigkeit
  CP = 250 J/(mol∙K) (mit 5 nichtlinearen Termen)
  CP(T) = const CP(T) ≠ const

Die DIN verwendet (i) einen gerundeten Wert für die Reaktionsenthalpie ΔH und (ii) ignoriert die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität CP.

aqion Calcit logK vs T

Für T = 25 beträgt der log K-Wert für das Löslichkeitsgleichgewicht von Calcit -8.48. Dieser Wert gilt sowohl für die DIN als auch für wateq4f; für andere Temperaturen hingegen weichen die Werte voneinander ab – und zwar um so mehr, je weiter man sich von 25 entfernt. Die rechte Abbildung zeigt den T-Verlauf des log K-Werts für beide Modelle.

Anmerkungen und Referenzen

1 Das von der DIN 38404-10:2012-12 berechnete Beispielwasser 4 ist nicht ladungsbilanziert (siehe hier).

2 Die Beispielwässer 5, 6, 8 und 10 sind mit Hydroxyapathit (Ca5(PO4)3OH) übersättigt. Diese Festphase kontrolliert bekanntlich die PO4-Lösungskonzentration, bleibt in der DIN aber unberücksichtigt.

  1. Zusätzlich zu den 10 Beispielwässern C1, C2 bis C10 der neuen DIN gibt es noch die fünf Beispielwässern der alten DIN von 1995, welche BspC1, BspC2 bis BspC5 heißen. ↩

  2. Die Beispielwässer der DIN 38404-10:2012-12 enthalten darüber hinaus noch Angaben zum KB82 sowie zu den Titrationstemperaturen tS43 und tB82. Diese Zusatzparameter werden in aqion nicht benötigt (zur Begründung siehe hier). ↩

  3. Ball J.W. and D.K. Nordstrom: WATEQ4F – User’s manual with revised thermodynamic data base and test cases for calculating speciation of major, trace and redox elements in natural waters, USGS Open-File Report 90-129, 185 p, 1991. ↩ ↩2

[last modified: 2016-05-08]