Жесткость воды

Жесткостью воды обозначают свойства жидкости, приданные ей солями кальция и магния. Кальций и магний в воде связаны в соли с анионами неорганических кислот. Жесткость, обусловленная солями кальция и магния с углекислотой (карбонаты), называется карбонатной или устранимой (кипячением, промораживанием). Оставшаяся жесткость называется постоянной, неустранимой. Рыбы привыкают к жесткости воды того водоема, где живут и размножаются, хотя жесткость природных вод колеблется в широком диапазоне.

Согласно утвержденному в нашей стране стандарту жесткость выражается в миллиграмм-эквивалентах кальция и магния на 1 л воды. 1 мг-экв жесткости соответствует содержанию в 1 л воды 20,04 мг кальция (Са) или 12,15 мг магния (Mg).

Рыбоводы различных стран выражают жесткость в градусах: русские градусы обозначают Н°, немецкие - DGH, Н°. Русский и немецкий градусы равны 0,35663 мг·экв/л, французский - 0,19982 мг·экв/л, английский - 0,28483 мг·экв/л, американский - 0,01998 мг·экв/л.

В аквариумистике принято пользоваться понятием жесткости, обозначая жесткость в диапазоне градусов:

Жесткость воды играет огромную роль в физиологии рыб и в их поведении. Соли кальция и магния - строительный материал всему скелету рыб; созревание половых продуктов, стимуляция нереста и развитие икры идет при постоянном для определенного вида рыб значении жесткости. Высокая жесткость отмечается в грунтовых водах, в водоемах с большим содержанием в грунте кальция и в артезианской воде, где он имеется в материнской породе. По основным центрам европейской части Союза вода в среднем отвечает показаниям:

Ленинград - 2 - 3° (обусловлено торфяными болотами и отсутствием известняка);

Москва - в зависимости от района 5 - 12°;

Киев - 8 - 12°;

Одесса - 12° и выше (в материнских породах кальцийсодержащие соединения - мел, туф, известняк и близкое соседство Черного моря).

Замечены сезонные колебания жесткости в водоемах: к весне она повышается, после таяния снега и в момент "цветения" водоема (размножения низших зеленых водорослей в пруду) - снижается. Общая жесткость обозначается dGH, а временная (устранимая, карбонатная) - dKH (dGH - dKH = dNKH). Наиболее часто жесткость (г. ч 75% от общей) обусловлена кальцием. В практике аквариумного рыбоводства возникает необходимость определить жесткость веды как общую, так и карбонатную (после кипячения).

Определение ведут либо колориметрическим (сложен в домашних условиях), либо комплексонометрическим способом (титрованием), либо с помощью экспресс-анализа Tetra-Test (ФРГ).

Суть Tetra-Test состоит в изменении цвета исследуемого раствора с индикатором под действием добавленного по каплям титратра. Tetra-Test ядовит (его следует прятать от детей), срок годности реактивов до 24 месяцев (гарантия 6 месяцев). В наборе даются реактивы как для dKH, так и для определения dGH.

Ход исследования: в мерный стакан налить 5 мл тестируемой жидкости, промыв стакан 2 - 3 раза этой жидкостью. Капельницу с титром строго вертикально опрокинуть над стаканом и по каплям, встряхивая мерный стакан, добавлять реактив.

При определении dKH тестируемая жидкость после добавления титратра будет изменять цвет следующим образом: светло-голубой (после первой капли) → темно-синий → очень светло-зеленый → светло-желтый. Светло-желтый - конечный результат.

При определении dGH цветность меняется: розовая → красная → коричневая → зеленая. Зеленый цвет - конечный результат.

Число капель, ушедших на титрование, укажет жесткость исследуемой воды в градусах немецких и русских.

Для лабораторного или домашнего точного анализа жесткости нужно оборудование: мерный стакан на 100 мл, бюретка до 5 мл, мерная чашка (или стакан) на 5 мл. Реактив - титратр - раствор 0,05 нормльного трилона Б (растворить 9,3 г трилона Б в дистиллированной воде и довести до 1 л в колбе), реактив, добавляемый к воде пробы - буфер (20 г химически чистой NH₄C1 растворяют в дистиллированной воде, добавляют 100 мл 20%-ного раствора NH₄OH - аммиака и доводят объем буфера до 1000 мл дистиллятом). Индикатор - 0,5 г эрихрома черного Т растворяют в 10 мл буфера и доводят до 100 мл 96%-ным этиловым спиртом.

Ход анализа прост: в бюретку до "0" (смотреть по нижнему краю мениска жидкости) наливают раствор трилона Б. В колбу помещают 50 мл исследуемой воды, 5 мл буфера и 10 - 12 капель индикатора. Цвет жидкости станет вишнево-красным. Титрование (добавление по каплям из бюретки через кран раствора трилона Б в пробу) ведут до изменения цвета раствора (определяемой жидкости) к густо-сине-зеленому. Записываем, сколько миллилитров трилона затрачено на титрование. Содержание кальция и магния (общая жесткость) вычисляется по формуле:

где V - количество миллилитров трилона Б, пошедшего на титрование;

0,05 - нормальность трилона Б;

1000 - пересчет в литраж;

V₁ - объем исследуемой жидкости.

Для перевода в русские и немецкие градусы жесткости результат следует умножить на 2,8.

Как уже отмечалось, некоторые рыбы предпочитают мягкую воду при содержании и особенно разведении (харациновые, карповые), другие - наоборот жесткую (рыбы Больших Африканских Озер, живородки, аттериновые, тетраодоны). Для лучшего выклева из икры многим Южноамериканским видам приходится сразу после нереста заменять мягкую воду в нерестовике на жесткую (выше 10°). Если добавить на 1 л воды 1 мл 10%-ного СаС1₂ (хлористого кальция), жесткость увеличится на 2,9°, а 1 мл 25%-ного MgSО₄ (сульфата магния) увеличит жесткость 1 л воды на 4°.

При испарении из аквариума воды жесткость оставшейся повышается, поэтому не рекомендуется резко добавлять много (более 10%) воды, а при переводе рыб в новую воду скачок общей жесткости не должен превышать немецких 5°.

Простым способом смягчения воды является ее кипячение в течение 20 минут или пастеризация (80° С) - 1 час. Таким образом, убирают всю временную жесткость. Промораживанием ее можно снизить до 3° (нем.). (Кроме этого уже описан один из менее трудоемких физических способов смягчения воды - дистилляция.).

Химическими методами умягчения считаются ионообмен при помощи сильных и слабых катионитов (КБ-4; КБ-4П-2; КУ-2-8) и анионитов (АВ-17-8; АВ-16ГС; АН-1; АН-2 ФН; АН-31; ЭДЭ-10П), обработка щавелевой и ортофосфорной кислотой, известкование, диффузия.

Визуально мягкую воду можно определить по обильной пене от распылителя. Мягкую дождевую, снеговую, ледяную, болотную воду нужно прокипятить, отфильтровать и провести через угольный фильтр (активированный березовый уголь). Жесткость дистиллята из дистиллятора - около 1 мг·экв/л; после проведения воды через вертикальные ионообменные колонки жесткость дистиллята составляет сотые доли мг·экв/л. Умягченная вода для содержания и разведения рыб должна около двух недель отстояться преимущественно в темноте и закрытой таре.

Вода по степени жесткости бывает:

- химически обессоленная 0,2 - 0,4°;

- дистиллированная 0,8 - 2,3°;

- подлежащая смягчению 6 - 15°.

Полностью обессоленная вода может быть получена лишь из ионообменных колонок (2 цилиндрические стеклянные колонки длиной 50 - 60 см и диаметром 10 - 20 см, закрепленные в штативе, в одной - катионит, в другой - анионит) (рис. 4).

Рис. 4. Устройство ионообменных колонок: 1 - обессоленная вода; 2 - анионит; 3 - катионит; 4 - соединительные силиконовые шланги; 5 - водопроводный кран

Катионит при прохождении через него воды с солями обменивает все катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺ и пр. на катион водорода Н⁺; анионит обменивает анионы Cl^-, SO₄^2-, СО₃^2-и пр. на гидроксилион ОН⁺. Ионы Н⁺ катиопита с гидроксилионами ОН^- дают воду:

После многократного использования ионообменные смолы садятся, то есть перестают обмениваться ионами с ионами воды. Для восстановления действия ионигов производят следующие операции: через цилиндр с катионитом пропускают 2 - 3 л 5%-ной НСl (соляной кислоты) в дистилляте, затем промывают 3 - 5 л дистиллята. Промывку производят медленным потоком раствора. Через анионит в цилиндре пропускают 5 %-ный раствор питьевой соды NaHCO₃ в дистилляте (6 л 5%-ной NaHCО₃ на 1 кг анионита в сухом виде), затем промывают анионит ведром (10 л) дистиллированной воды. Некоторые катиониты (КУ-2-8) регенерируют раствором поваренной соли Nad, пропуская медленно через колонку насыщенный раствор соли NaCl в дистилляте (280 г NaCl на 1 кг сухого вещества анионита) и потом промывают анионит дистиллятом (3 л на 1 кг сухого вещества анионита).

Из дистиллированной и химически обессоленной воды приготовляют воду с заданной жесткостью, смешивая ее с водопроводной или кипяченой водой. Для удобства и упрощения расчета необходимого количества дистиллята и природной воды для смешения можно использовать табл. 1.

Таблица 1

Приготовление воды заданной жесткости

Жесткость воды можно уменьшить применением фильтров с премутитовым наполнителем, содержащим соли натрия, а повысить - наполнителями из известняка и мраморной крошки. В старом аквариуме вода постепенно умягчается из-за потребления растениями и животными кальция на построение тела. Но, несмотря на это целый ряд факторов в аквариуме обусловливает различные сезонные и даже суточные колебания жесткости.