Остальные параметры воды - проводимость, окислительный потенциал и т.д.

Введение

Вода является по своей важности вторым элементом в аквариумистике (первым является сам аквариум - где-то надо держать воду). К сожалению, многие начинающие аквариумисты плохо себе представляют, что у воды, помимо того, что она мокрая и холодная (или теплая), есть еще много важных для жизнедеятельности рыб параметров - например, кислотность, жесткость и т.д. Разным рыбам нужна разная вода. Все понимают, что в одной клетке нельзя держать пингвина и попугая, но забывают, что рыбы тоже разные и не только пресноводные и морские.

В данной статье рассмотрены основные параметры воды и способы их контроля. Но если Вы не хотите вдаваться в подробности, то можете прочитать два последних раздела про основные параметры воды и примерные их значения для различных рыб. Этого вполне будет достаточно для успешного содержания большинства рыб.

Кислотность (pH)

Мы все учили химию в школе, но большинство из нас твердо и прочно забыло все, чему нас учили. Поэтому, аквариумисты, особенно начинающие, вспоминают о кислотности воды, когда на их душераздирающие вопли о гибнущих рыбах, следует вопрос про значение рН. К счастью, большинство рыб для "начинающих", такие как данио или барбусы, способы жить при любых разумных значениях рН. Проблемы начинаются, когда новичок покупает "красивую рыбку", которая оказывается цихлидой из озера Малави и требует щелочной воды.

Вода состоит из двух элементов - водорода и кислорода (это знают все). Молекула воды обычно распадается на два иона - положительно заряженный ион водорода H⁺ и отрицательной заряженный ион OH^-. Значение рН характеризует концентрацию ионов H⁺ (значение рН логарифму концентрации, взятому с обратным знаком). Изменение значения рН на 1 соответствует изменению концентрации в 10 раз. При рН 6 количество ионов H⁺ в 10 раз больше, чем при рН 7 и наоборот. Помните об этом, когда изменяете кислотность воды. Небольшие изменения в рН резко изменяют химию воды. В нейтральной воде концентрации обоих ионов равны и значение рН равно 7, в кислой воде значение рН <7, в щелочной > 7.

Значение рН может быть изменено добавлением веществ, изменяющих концентрацию H⁺. Например, кислоты растворяются в воде с образованием иона H⁺, уменьшая значение рН.

Многие вещества обладают буферной способностью, т.е. способны нейтрализовать изменения рН при добавлении щелочи или кислоты. Наиболее важными из них являются карбонаты, определяющие карбонатную жесткость воды. Например, раствор пищевой соды (бикарбонат натрия - NaHCO₃) имеет рН около 8.4. В растворе он образует ион натрия Na⁺ и бикарбонат HCO₃^-, При добавлении щелочи или кислоты происходит их нейтрализация:

H⁺ + HCO₃^--> H₂O + CO₂

OH^- + HCO₃^- -> H₂O + CO₃^-2

Т.е. раствор соды имеет постоянное значение рН для достаточно широкого диапазона концентраций и может быть использован для стабилизации значения рН воды. Поэтому, попытки снизить значение рН до значения 6 (чтобы посадить туда дискусов) в аквариуме с грунтом из известняка обречены на неудачу. Конечно, если добавить кислоты в количестве, превышающем "свободные" ионы бикарбоанат, то она изменит значение рН.

Биологическая активность в аквариуме приводит к образованию различных кислот, которые со временем понижают значения рН. Поэтому если вода не обладает достаточной буферной способнойстью, то со временем рН упадет до недопустимо низких для рыб пределов. Причем, поскольку при низких значениях рН, биофильтрация происходит гораздо менее эффективно, процесс падения рН будет происходит с нарастающей скоростью. Растворенный в воде буфер будет препятствовать падению рН, однако со временем, образующиеся кислоты истощат буфер. При смене воды происходит обновление буфера. Если вода мягкая, то увеличить буферную способность можно добавлением пищевой соды. В продаже обычно бывают вещества, способные стабилизировать рН на различных уровнях.

Большинство рыб способно жить при значениях рН в диапазоне 6.5-8. Резкая смена кислотности воды приведет к стрессу, заболеванию или гибели рыбы. Например, при пересаживании рыбы в воду с низким значением рН, отличающемся от исходной на несколько единиц, рыбы перестают плавать и "зависают" в одном положении. Через некоторое время они погибают.

Поэтому очень важно не изменять резко значение рН. Даже если вы обнаружили, что значение резко отличается от оптимальных - добавляйте химию потихоньку, изменяя рН не более, чем на одну-две единицы в сутки. При добавлении новой рыбы, посадите ее в отдельную емкость и добавляйте потихоньку порциями воду из аквариума, чтобы рыба привыкла к другому значению рН и температуре.

к началу страницы

Измерение рН

Как было указано выше, кислотность воды, измеряемая рН является важным параметром аквариума. Разные рыбы предпочитают разные значения рН. Знание этого параметра необходимо при постановке диагноза рыбы. Если ваши рыбы внезапно заболели, то проверьте значение рН воды первым делом (вместе с аммиаком).

Самый простейший тест рН основан на использовании изменяющих свой цвет реактивах и лакмусовых бумажках - фенолфталеине и т.д. (помните курс химии в школе?). Существует огромное разнообразие аквариумных тестов. Также можно купить такой реактив отдельно (помните, что они имеют срок годности, поэтому не покупайте 100 литровую бочку на всю жизнь). такие тесты просты в использовании и достаточно точны - вам не нужно знать значение рН с точностью большей, чем 0.1-0.2. Все равно, ваквариуме, как и в природе происходят суточные колебания рН. Рыбы и растения выделяют ночью углекислый газ и рН понижается, в зависмости от карбонатной жесткости воды. Днем, наоборот, растения при фотосинтезе поглощают углекислоту и это приводит к повышению значения рН. Суточные колебания в 0.5-1 единицы вполне допустимы. Вам нужно иметь тест, измеряющий значения рН в диапазоне 5.5 - 8.0 для большинства рыб. Для африканских цихлид нужен тест, измеряющий более высокие значения рН.

Различные фирмы выпускают много видов аквариумных тестов.

Другим способом является использование электронных тестеров. Они бывают двух видов: одни предназначены только для измерения рН (вы погружаете его в воду и он выдает значение рН- pH tester, pH meter), вторые могут выдавать сигнал для управления каким-либо устройством (например, для контроля подачи углекислого газа) они находятся в воде постоянно (pH controler).

К достоинствам таких приборов можно отнести:

• быстрота получения результата
• точность (средняя точность - 0.05 - 0.1 единиц значения рН)
• возможность постоянного контроля за изменением рН и получения управляющего сигнала. Некоторые могут быть подключены к компьютеру.

Но они имеют и свои недостатки:

• Высокая стоимость
• Необходимость их периодической калибровки, причем достаточно частой. Они обычно калибруются по двум точкам (одна нейтральная рН=7, другая рН=4 или рН=10). При этом необходимо иметь свежий раствор для калибровки (они имеют срок годности).
• Надо либо иметь измеритель с автоматической температурной компенсацией или самому вычислять поправки к результату, в зависимости от температуры воды,
• Срок службы электрода - главной части такого измерителя примерно около года для непрерывной работы (конечно зависит от типа электрода),
• Их надо тщательно промывать перед использование и хранить электрод влажным,

В общем, их использование представляет собой достаточно много мороки и начинающим аквариумистам не имеет смысла их покупать.

к началу страницы

Жесткость воды

Жесткость является вторым, наиболее важным, параметров для аквариума, наряду с кислотностью. Жесткость воды определяется наличием растворенных в ней минералов и во многом определяет остальные свойства воды. Несмотря на огромное количество всяких растворенных в воде минералов, только некоторые определяют ее жесткость - так уж сложилось исторически, что наиболее важным приложением была способность мыла намыливаться в воде. Отсюда и все определения. Даже некоторые способы измерения жесткости на этом и основаны. Жесткость воды делится на две части - постоянную (GH, general hardness) и переменную (карбонатную), KH, carbonate hardness). Иногда говорят об общей жесткости, которая явлется суммой этих частей.

Деление жесткости на две эти части определяется тем, какие минеральные соли остаются в воде после кипячения воды (постоянная жесткость). Достаточно практическое определение. Соли, определяющие карбонатную жесткость - выпадают в осадок, поскольку, например для кальция:

Ca(HCO₃)₂<-> CaCO₃+H₂O + CO₂

Углекислый газ испаряется при кипении, и равновесие сдвигается вправо. При этом плохорастворимый карбонат кальция выпадает в осадок, образуя белые налеты на стенках чайника. Аналогично образуются и налеты на стенках акваруима, при испарении воды (поскольку карбонат кальция хорошо растворяется при добавлении кислоты, то такие налеты хорошо чистить уксусом).

Карбонатная жесткость определяется концентрацией карбонатов CO₃^-и бикарбонатов HCO₃^- в воде (в основном, в аквариумной воде присутствуют бикарбонаты, поскольку карбонаты в значительных концентрациях есть при высокой рН>9). Она характеризует буферную способность воды противостоять изменению рН - со временем значение рН из-за наличия органики в воде падает. В аквариуме этот термин и понятие буферной способности (щелочность, alkalinity) используются взаимозаменяемо, поскольку все аквариумные тесты измерения КН основаны на методе титрирования, т.е. изменении цвета раствора при добавлении в него определенного количества кислоты, которая связывает все свободные буферные ионы. Количество капель кислоты и определяет значение КН. Поскольку кислота не "различает" какие ионы (карбонаты, бикарбонаты и т.д.) участвуют в нейтрализации, то узнать в чистом виде значение КН невозможно. Да и не нужно это, поскольку интересует всегда именно эта способность воды. Обычно, при отсутствии фосфатов, солей бора в больших концентрациях, щелочность практически полностью определяется КН.

Другая путаница происходит из-за того, что часто говорят о полной жесткости, равной сумме постоянной и переменной (карбонатной), как о постоянной, подразумевая под GH - полную жесткость. Однако, аквариумные тесты меряют постоянную жесткость отдельно, обозначая ее как GH.

Увеличение жесткости - меняйте их значения плавно, иначе можно вызвать стресс у рыб и другие проблемы:

• KH - одна чайная ложка бикарбоната натрия (пищевой соды) на 50 литров воды увеличит KH примерно на 4 градуса dKH,
• GH - две чайные ложки карбоната кальция на 50 литров воды увеличат одновременно KH и GH на 4 градуса. Поэтому варьируя компоненты, можно подобрать необходимые значения жесткостей. Можно также добавить сульфат Ca/Mg, что не вызовет увеличения КН, но приведет к возрастанию концентрации ионов сульфата, что не очень хорошо.

Уменьшение жесткости - гораздо более сложная проблема:

• Использование дистиллированной воды, которая прдается в магазинах. Или дождевой воды, если вы уверены в ее чистоте. Никогда не используйте конденсат из кондиционера - в нем много ядовитых солей и окислов металлов, в блоке конденсации с удовольствием селятся всякие бактерии.
• Фильтрование воды через специальные фильтры - осмотический фильтр и деионизация
• Фильтрование воды через различные смолы, которые есть в продаже. Недостатком такого способа, является то, что обычно используется только одна смола (удаляются анионы или катионы) и заменяются они не на ионы водорода H⁺ и ионы OH^- , а на другие ионы - например ионы Ca, Mg на натрий, что не очень хорошо для растений. Поэтому не рекомендуется использовать бытовые составы для смягчения воды (например, для бассейна).
• Самый простой и удобный способ - фильтрование воды через торф, Для этого добавляется торф в фильтр (внешний или внутренний). Другим способом является добавление торфа (например, насыпанного в старом носке) в емкость, где отстаивается вода. Для некоторых рыб. требующих очень мягкой воды для нереста, можно использовать торф в качестве грунта. Недостатком торфа является то, что он окрашивает воду в желтоватый оттенок (что может быть удалено при фильтрации через активированный уголь). К тому же торф лучше прокипятить.

к началу страницы

Остальные параметры воды - проводимость, окислительный потенциал и т.д.

Помимо основным параметров, существуют и другие параметры, которыми можно характеризовать воду. Они используются в аквариуме редко, поэтому описаны они очень кратко.

TDS (Total Dissolved Solids) - величина, показывающая полное количество всех растворенных солей и других твердых веществ в воде. Эта величина наиболее точно показывает, насколько вода отличается от воды, "составленной только из молекул самой воды", например качество дистиллированной или полученной после осмотической фильтрации воды можно характеризовать этим параметром. Величина измерения TDS - концентрация в mg/l. TDS измеряется несколькими способами. Первый - это испарить воду и измерить вес остатка. Вряд ли этот метод доступен аквариумисту из-за необходимости иметь высокоточные приборы. Вторым способом является использование электронных TDS измерителей, которые внешне выглядят аналогично измерителям pH. Такие измерители неточны, поскольку они измеряют на самом деле способность воды проводить электричество, а не все ионы несут на себе электрический заряд и разные ионы имеют разный заряд. К тому же есть обычно сложности с калибровкой таким измерителей. Измеритель проводимости является лучшим прибором.

Проводимость (conductivity)- величина, измеряющая способность воды проводить электричество. Эта способность определяется наличием положительно и отрицательно заряженных ионов, их подвижности, температуры и т.д. Большинство неорганических солей, растворенных в воде, увеличивают способность воды проводить электричество. Проводимость является величиной обратной сопротивлению и измеряется в сименсах. Обозначается либо S, либо mho (ом - ohm - записанный в обратном порядке). Проводимость абсолютной чистой воды, где присутствуют только H⁺ и OH^- ионы, при комнатной температуре примерно 20 MOm/cm (0.05 mkS/cm). В реальности проводимость дистиллированной воды увеличиться быстро, из-за растворения в ней углекислого газа. Измеряется проводимость специальным измерителем, который по существу измеряет ток в воде, заполнившей ячейку со стандартными электродами. В принципе, вы можете использовать мегаомметр, специально прокалиброванный с электродами, помещенными в емкость на определенном расстоянии. Это измерение полезно для определения качества осмотической фильтрации и де-ионизации. В среднем, водопроводная вода имеет проводимость, варьирующуюся от 50 до 1500 mkS/cm

Существует приближенная зависимость между TDS и проводимостью:

TDS mg/l = 0.64 mkS/cm

Это соотношение эмпирическое и может для вашей водопороводной воды ненамного отличаться.

Примерная зависимость между концентрацией столовой соли и проводимостью:

1 mg/l NaCl = 1.9 mkS/cm

Окислительный потенциал (redox potential, ORP). Если описать этот параметр одним предложением, то получиться, что эта величина, характеризующая качество вашей аквариумной воды, ее чистоту. Низкий ORP означает, что в воде много органики.

Как все проходили в школе, существуют два вида реакций - окислительный и восстановительные. К первым относятся те, в результате которых молекулы "теряют" электроны (например, нитратный цикл, в результате которого аммиак превращается в нитраты), ко вторым - обратные реакции - например, редуцирование молекулы нитрата обратно в аммиак (это делают растения в процессе "получения" азота). Такие атомы, как кислород или хлор, крайне "нуждаются" в электронах и поэтому являются окислителями. Другие, как например водород и железо, имеют "лишние" электроны, являются восстановителями. Разность зарядов окислителей и восстановителей в воде и называется окислительно-восстановительным потенциалом. Достаточно просто, хотя и кажется жутко непонятным. Если окислителей в воде больше, то потенциал положителен и наоборот. ORP измеряется в милливольтах.

Разложение органики в воде является окислительной реакцией. Накопление органики в воде приводит к увеличению концентрации восстановителей и уменьшает значение ORP. Чем выше это значение, тем больше окислителей (в основном кислорода - вряд ли вы используете хлор в аквариуме) присутствует в воде, тем больше органики может быть разложено и тем чище вода. С другой стороны, высокий ORP может быть вреден для рыб и других организмов, поскольку может разрушать живые клетки. Оптимальное значение лежит между 250 и 400 mV. Значение ORP зависит от многих факторов и может колебаться в аквариуме, например, ORP уменьшается при повышении температуры и понижении pH.

Измеряется ORP специальными измерителями, аналогичными измерителям pH (измерители с разными электродами, использующими разные растворы для сравнения дают различные результаты). Увеличить ORP воды можно регулярной сменой воды, чисткой аквариума, продувкой воздуха и использованием озона.

к началу страницы

Кислород и углекислый газ

Основными газами, растворенными в воде являются (как и в атмосфере) - кислород, углекислый газ и азот. наиболее легко растворимым является СО₂, относительная растворимость углекислого газа примерно в 70 раз выше растворимости кислорода и в 150 раз выше растворимости азота. Азот практически не влияет на жизнедеятельность организмов в аквариуме, кроме сине-зеленых водорослей, которые могут усваивать его. В таблице приведены уровни насыщения растворенных кислорода и углекислого газа в воде (уровень насыщения показывает максимальное количество газа, которое может раствориться в воде, но не уровень равновесия, который например, для углекислого газа при комнатной температуре составляет около 2 mg/l).

Как видно из таблицы, растворимость углекислого газа в сотни раз превышает растворимость кислорода. Основными процессами, в которых участвуют кислород и углекислый газ, являются:

• Дыхание рыб, которые дышат, как и мы все, кислородом и выделяют углекислый газ.
• Дыхание и фотосинтез в растениях, Растения используют кислород для дыхания. При этом они выделяют углекислый газ. Обычно полагают, что процесс дыхания растений идет в темноте, однако это не так. Он идет все время, в том числе и на свету, одновременно с процессом фотосинтеза, при котором поглощается углекислый газ и выделяется кислород.
• Бактерии и другие микроорганизмы потребляют кислород. Об этом часто забывают, что все процессы разложения органики в аквариуме, включая необходимую в аквариуме био-фильтрацию.
• Другие химические процессы, например, при загнивании грунта выделяется сероводород H₂S, который требует кислород для своего окисления.

Кислород, наряду с температурой воды, является фактором определяющим обмен веществ у рыб. Например, при температуре воды выше 15°С кислород, а не температура, является фактором, ограничивающим метаболизм. Потребление кислорода зависит от вида рыб, строения жабр (как эффективно рыба может извлекать кислород из воды) и т.д. Более активные рыбы нуждаются в большем количестве кислорода, более крупные, как понятно, тоже (хотя потребление и не пропорционально весу - рыба весом 10 гр потребляет пример 1.3 mg кислорода на грамм веса в час, рыба весом 500 гр - только 0.25). При повышении температуры потребление кислорода резко возрастает, например, активная золотая рыбка потребляет при температуре 15°С - 0.16 mg кислорода на грамм веса в час, а при температуре 30°С - 0.43 mg).

Рыбы живущие в природе в воде бедной кислородом приспособились к таким условиям, например, лабиринтовые рыбы, которые в природе живут в любых лужах, могут "заглатывать" воздух. С другой стороны, многие рыбы, например, африканские цихлиды из озера Малави нуждаются в воде, богатой кислородом.

В среднем надо стараться, чтобы уровень кислорода не падал ниже 7 мг/л в аквариуме. Рыбы, живущие при пониженной концентрации кислорода, более подвержены заболеваниям, мальки отстают в развитии и т.д. При недостатке кислорода рыбы начинают захватывать воздух с поверхности, в дальнейшем происходит отравление углекислым газом. Рыба, умершая от асфиксии, обычно имеет широко открытый рот, "оттопыренные" жабры, которые имеют бледный оттенок (хотя подобные симптомы могут встречаться и при других заболеваниях).

Несмотря на широко распространенное мнение, углекислый газ не вытесняет кислород из воды. Уровень растворенного углекислого газа в воде зависит от многих параметров. Переизбыток углекислого газа приводит к отравлению рыб, которые впадают в кому и умирают.

Самым простым способом поддержать высокий уровень кислорода и низкий уровень углекислого газа в воде является аэрация и перемешивание воды помпами. При этом кислород растворяется в воде, а углекислый газ уходит в атмосферу. Следует следить, чтобы на поверхности воды не было жирной или бактериальной пленки, которая затрудняет газообмен. Старайтесь не поднимать температуру воды высоко, выше чем необходимо для нормальной жизнедеятельности данного вида рыб. При высокой температуре, растворимость кислорода в воде падает, а потребность в нем возрастает.

Другим способом является выращивание растений, которые поглощают углекислоту и выделяют кислород. Как ни парадоксально, но на ярком свету растения способны выделить кислороду больше, чем его может быть растворено в воде - от растений будут подниматься пузырьки кислорода

Конечно, можно растворять кислород в воде из баллона, однако этот способ сложный, поскольку требует специального реактора и контроля. Иначе можно отравить рыб переизбытком кислорода. Поэтому данный способ не рассматривается.

к началу страницы

Тяжелые металлы в воде

Содержащиеся в водопроводной воде тяжелые металлы металлы токсичны для всех организмов, даже те, которые в малых дозах необходимы для успешного роста растений (цинк: медь, никель и т.д.). Даже если содержание металлов в воде соответствует предельно допустимые нормы, установленные для людей, такая вода может быть опасна для рыб. Особенно это относится к меди и цинку, которые не являются токсичными для человеческого организма в разумных концентрациях.

Металлы токсичны, поскольку они способны "присоединятся" к органическим молекулам, нарушая выполняемые имим функции. Например, ртуть соединяется с группой -SH, которая входит в состав большинства белков.

Металлы особенно токсичны для мальков рыб. Например, максимальная концентрация меди, при превышении которой увеличивается смертность мальков форели, равна 0.010-0.017 ppm. Максимальная концентрация свинца, при превышении которой происходит "деформация" мальков форели равна .058-0.12 ppm.

Также, металлы могут быть токсичны для растений при их больших концентрациях, даже несмотря на то, что они необходимы в малых концентрациях для нормального роста растений. Например, наиболее часто передозируется железо, которое добавляется как удобрения в воду, при этом листья становятся коричневыми, покрываются пятнами. Симптомы аналогичны симптомам недостатка фосфора. Особенно могут страдать медленно растущие растения, например, криптокорины, которые не успевают "перерабатывать" повышенную концентрацию железа.

Токсичность металлов зависит от многих параметров воды:

• Кислотность, pH. Как правило, металлы гораздо более токсичны в кислой воде. Когда pH уменьшается до 5.5 алюминий, медь, цинк начинают выделятся из дейтрита в воду. Опыты с форелью показали, что при изменении pH с 7.2 до 5.4, токсичность меди возросла вдвое. Это надо иметь в виду, когда содержите африканских цихлид, живущих в жесткой, щелочной воде. Поскольку в такой воде токсичность металлов меньше, то эти рыбы более чувствительны к токсичным металлам.
• Жесткость воды. Аналогично, металлы более токсичны в мягкой воде. Например, в жесткой воде, токсичность меди уменьшается из-за конкурирования меди (Cu++) и кальция (Ca++) при прохождении через клеточные мембраны рыбы.
• Растворенная в воде органика. Повышенный уровень органики ведет к снижению токсичности металлов, из-за того, что она связывает металлы.. Особенно хорошо связывают гуминовые кислоты, которые получаются при гниении растительной органики в аквариуме и добавлении торфа в воду (фильтрование через торф можно использовать для снижения токсичности металлов). Например, в одном из опытов по выращиванию растений, при добавлении в контрольную воду 1 mg/l меди, через несколько недель практически вся медь была поглощена растениями. В тоже время, при добавлении экстракта торфа в воду, вся медь осталась в растворе.
  Как ни парадоксально звучит, металлы более токсичны в чистой воде. Конечно это не означает, что воду не надо менять в аквариуме. Проблем из-за несменяемой воде с повышенным содержанием органики будет гораздо больше.
• Хелаторы.

Широко используемые хелаторы, добавляемые в смеси микроэлементов для растений обладают способность связывать металлы - для чего они и применяются - для предотвращения окисления микроэлементов, что делает их недоступными для растений. Чаще всего используется EDTA, которая добавляется в коммерческие кондиционеры для добавления в аквариумную воду. Если вы используете хелированное железо для подкормки растений, то атомы железа "крепко связаны" с молекулой EDTA, которая не сможет "обменять" железо на медь. Обратное возможно, поскольку стабильность комплекса меди меньше стабильности комплекса с железом.

• Растения. Пожалуй, это самый лучший способ борьбы с металлами в аквариуме. Растения, особенно быстрорастущие, очень активно поглощают металлы из воды. например, опыты с элодеей показали, что растение, находящееся в воде с концентрацией цинка 2.2 mg/l в течении двух часов способно накопить до 300 mg/kg сухого веса цинка в листьях и 1000 mg/kg в корнях. Это еще один довод в пользу выращивания растений в аквариуме, помимо эстетической и борьбы с водорослями.

к началу страницы