Лучшая on-line библиотека для начинающих и профессионалов!
В пресной воде растворены ионы щелочноземельных металлов (кальция, магния, бария, бериллия и др.), общая сумма которых и дает общую жесткость воды.
Согласно ГОСТ в России за жесткость воды принимается концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллимоль на литр (эквивалентная масса 1 ммоль равна 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния). У нас в аквариумной практике жесткость обозначают в немецких градусах. Одному градусу жесткости соответствует содержание 10 мг CaO или 7,19 мг MgO в 1 л воды. Узнать жесткость водопроводной воды можно на водопроводной станции или в инспекции санитарно-ветеринарного надзора. Там дадут значение жесткости, выраженное в ммоль/л, которое для перевода в градусы нужно умножить на 2,8.
Общая жесткость (dH) представляет собой сумму карбонатной (временной) и постоянной жесткостей.
Kарбонатная (временная) жесткость (КН) образуется солями, образующимися от соединения кальция или магния с углекислотой, а именно гидрокарбонатов кальция и магния. При кипячении воды гидрокарбонаты распадаются, образуя малорастворимые карбонаты, выпадающие в осадок, и жесткость воды уменьшается. Правда, если такую воды оставить долго стоять, то часть карбонатов вновь войдет в раствор (особенно в щелочной воде) и значение КН повысится.
В литературе, при описании гидрохимии водоема иногда можно столкнуться с таким парадоксальным фактом, что значение карбонатной жесткости превышает значение общей.
Дело в том, что при измерении общей жесткости учитываются только щелочноземельные ионы, а кроме карбонатов щелочноземельных элементов, существуют и такие карбонатные соединения, как, например, карбонат натрия или карбонат калия. И если они содержатся в воде в большом количестве и учитываются при измерении карбонатной жесткости, то она может быть выше общей.
Постоянная жесткость тоже связана с ионами щелочноземельных металлов. Ее обусловливают другие соединения, такие как сульфаты, хлориды, нитраты, силикаты и фосфаты, и ее значение в отличие от временной жесткости нельзя уменьшить, прокипятив воду.
Общую жесткость воды от 0 до 5° – называют очень мягкой, от 5 до 10° – мягкой, от 10 до 20° – средней жесткости, от 20 до 30° – жесткой и свыше 30° – очень жесткой.
Жесткость воды может изменяться под воздействием различных факторов (выделение рыбами или поглощение растениями CO2, изменение значения pH, растворение извести грунта и т.д.).
В заросшем растениями аквариуме, с небольшим количеством рыб и при сильном освещении жесткость может меняться в течение суток. Днем растения поглощают углекислый газ и чем сильнее освещение, тем интенсивнее идет этот процесс. В конце концов может наступить момент, когда углекислого газа будет недостаточно для удовлетворения потребности растений. Тогда, такие растения как, например, элодея, начнут вырабатывать его из гидрокарбонатов. Пойдет реакция – Ca(HCO3)2 => CO2 + H2O + CaCO3 – и временная жесткость воды будет уменьшаться. Ночью же растения не поглощают углекислый газ, а как и рыбы выделяют его при дыхании. Процесс пойдет в обратном направлении и жесткость будет повышаться. Этот случай особенно опасен в аквариуме, в котором развились мельчайшие зеленые водоросли и вода «зазеленела».
В продаже имеются реактивы различных зарубежных фирм, позволяющие быстро определить общую и карбонатную жесткость воды (например, GH & KH TEST, FRESHWATER HARDNESS TEST KIT и другие).
Можно определить общую жесткость воды более грубым мыльным методом, основанном на том, что 10 мг оксида кальция в 1 л воды нейтрализуется 0,1 г чистого мыла. Для этого 60–72 % хозяйственное мыло крошат с торца бруска, отвешивают 2–3 г и разводят в теплой дистиллированной воде. Затем наливают в бюретку или в стакан с делениями так, чтобы была возможность отмерить порции раствора, содержащие 0,1 г мыла. В банку наливают 1 л аквариумной воды и затем при взбалтывании наливают порции раствора, при этом в каждой должно быть 0,1 г мыла. Kогда на поверхности воды появятся устойчивые мыльные пузыри с характерным радужным отливом, операция окончена. Kоличество пошедших порций с 0,1 г мыла равно числу градусов общей жесткости воды. При достаточном опыте проведения измерения ошибка составит ±1°. При жесткости воды более 12° точность измерения снижается и пробу воды нужно наполовину разбавить дистиллированной, а результат измерения умножить на 2.
При подготовке воды для разведения рыб часто приходится изменять ее жесткость. Для этого существуют несколько способов.
1. Kипячение воды
Воду наливают в эмалированную посуду и кипятят 15–20 мин, затем охлаждают и сливают 2/3 верхнего слоя, у которого будет понижена жесткость за счет выпадения в осадок солей кальция и магния.
2. Вымораживание
Воду наливают в большого диаметра, низкий (15–25 см), морозостойкий пластмассовый сосуд, который выносят на мороз или ставят в морозильник. После того как увидят через стенку сосуда, что вода наполовину его высоты замерзла, лед пробивают и выливают воду. Полученная изо льда вода обычно имеет жесткость (в зависимости от первоначальной) 1–3°.
3. Дистилляция
На дно сосуда из жаропрочного материала кладут кусочки фарфора, обеспечивающие равномерное кипение, наливают воду, закрывают пробкой с отверстием, в которое вставлен конец стеклянной трубки или змеевика, связанного с холодильником. При кипячении воды ее пары конденсируются в холодильнике, и дистиллированная вода стекает в сосуд. Жесткость получаемой воды – 0,8–2,3°. При необходимости можно провести повторную дистилляцию и получить воду жесткостью 0,2–0,8°. Недостаток процесса – малая производительность.
При приготовлении воды для разведения рыб дистиллированную воду наливают в защищенный от пыли сосуд и отстаивают в течение 1,5–2-х недель. За это время из нее улетучится избыток СО2 и рН будет близким к 7.
4. Применение препаратов зарубежных фирм для понижения жесткости воды, например, WATER SOFTENER PILLOW для понижения карбонатной жесткости, который представляет собой мешочек из синтетической сетки, наполненный специальной ионообменной смолой, удаляющей из воды ионы кальция и магния, повышающие временную жесткость. Выпускается два вида мешочков: N№ 49 А – для аквариумов объемом до 80 л и N№ 49 В – для аквариумов объемом свыше 80 л.
5. Смешивание с более мягкой водой
Перед смешиванием водопроводную воду подогревают 40 мин при 90° С, а затем охлаждают на воздухе.
И. Ванюшин опубликовал удобную формулу, позволяющую рассчитать соотношение при смешивании 2-х видов воды с разной жесткостью.
Q = (H1 – h) : (H2 – h),
где H1 – жесткость исходной воды, Н2 – жесткость воды, которую требуется получить, h – жесткость добавляемой воды, Q – количество частей добавляемой воды к одной части исходной.
6. Химическое обессоливание с помощью ионитов МА-6
Применяемые в технике ионообменные материалы, как правило, имеют своей основой полистирол или полиакрит. Обменный материал обычно применяется в гранулированном или перфорированном виде с диаметром в несколько миллиметров. Благодаря современным ионообменникам можно смягчить общую жесткость, карбонатную жесткость, общее солесодержание, удалить нитраты, органические субстанции и тяжелые металлы. Ионообменные материалы создаются такими, чтобы они могли обменивать ионы только той же заряженности. Ионообменные смолы, которые обменивают положительно заряженные ионы (катионы), называют поэтому катионитами, а замещающие отрицательно заряженные ионы (анионы) – анионитами.
Устройства для обессоливания воды обычно состоят из двух последовательно соединенных колонок. Сначала вода подается в первую колонку с катионитом, который загружается ионами водорода, затем она проходит через вторую колонку с анионитом, загруженный ионами гидроксила. Катионит при прохождении через него водопроводной воды обменивает все катионы (Ca+, Mg+ и др.) на катион водорода H+, анионит – все анионы (SO4-, Cl- и др.) на ион гидроксила OH-. Ион водорода из катионита соединяется с ионом гидроксила из анионита и дает H2O. Реакция в первой колонке может быть упрощенно представлена следующей формулой: H++Na+ Cl- => Na+H+ Cl-. На первом этапе катион соли (в нашем случае натрия) связывается с ионообменной смолой, которая для этого высвобождает ион водорода. Он возвращается на место натрия и образует соляную кислоту. Реакцию проходящую во второй колонке, загруженной ионами гидроксила, можно представить следующей формулой: OH-+H+Cl- => Cl+H2O. Таким образом хлор связывается с ионной смолой и мы получаем молекулу воды.
Последовательно пропуская через катионит и анионит водопроводную воду мы получаем полностью обессоленную воду.
Многие фирмы предлагают ионообменные колонки, как, например, ионообменная колонка «Tap Water Purifier» фирмы Aquarium Pharmaceuticals.
Установку для химического обессоливания с помощью ионитов можно сделать самостоятельно. Она состоит из двух колонок (одна из них предназначена для катионита, другая – для анионита) высотой около 600 мм и объемом около 3 л. Это могут быть стеклянные цилиндры или склеенные из стекла или оргстекла прямоугольные параллелепипеды. Стеклянный цилиндр закрывают с двух сторон резиновыми пробками с отверстием в центре, в которое вставлены трубки. Если же это параллелепипеды, то их закрывают крышками с вклеенным штуцером, на который одевают трубку. Kак пробки, так и крышки должны обеспечить герметичность соединения с колонками. На дне каждого цилиндра должен быть фильтр, препятствующий утечке зерен смолы из колонки. И. Ванюшин так описывает свою конструкцию: «Сепараторы представляют собой сетчатые (перфорированные) пластины, повторяющие внутренние размеры колонок. Между сепараторами помещен фильтр, препятствующий утечке зерен смолы, но свободно пропускающий жидкость. Сепараторы и фильтры должны быть сделаны из химически стойких материалов. Я использую для этой цели аккумуляторную сепараторную сетку и синтетическое волокно».
Иониты разбухают в воде, и для того, чтобы они не разорвали цилиндры, их в отдельном сосуде заливают водой и отстаивают 10–12 ч.
Затем катионит засыпают в цилиндр, пропускают через него 5 % раствор соляной кислоты в дистиллированной воде из расчета 400 мл раствора на 100 г сухого катионита и промывают дистиллированной водой объемом в 2 раза большим, чем объем израсходованного раствора кислоты. В другой цилиндр засыпают анионит, через него пропускают 5 % раствор гидроксида натрия в дистиллированной воде из расчета 300 мл раствора на 100 г сухого анионита и промывают дистиллированной водой объемом в 3 раза большим, чем объем израсходованного раствора щелочи.
Теперь колонки соединяют трубками и пропускают через них водопроводную воду. Жесткость получаемой воды – 0,2–0,4°. Kогда жесткость начнет повышаться, необходимо провести регенерацию ионитов, для чего отключить цилиндры и обработать ионит в одном случае кислотой, в другом – щелочью, как указано выше. В нерабочем состоянии цилиндры должны быть залиты дистиллированной водой, иониты, же долгое время стоящие без применения, нуждаются в регенерации.
И. Ванюшин обращает большое внимание на отсутствие пузырьков воздуха в колонках. Он пишет: «Сначала в колонку опускают фильтр и сепараторы и заливают 1,5–2 стаканами воды, чтобы вода не вытекала из колонки, на нижнюю трубку плотно надевают резиновую трубку с зажимом. Затем размоченную в течение суток и хорошо промытую смолу перекладывают в колонку. При загрузке смолы надо по мере надобности добавлять воду, чтобы внутри массы не образовывались воздушные пузырьки, которые, изолируя часть смолы, исключают ее из работы.
Kолонку следует заполнять на 2/3–3/4 ее объема. Оставшееся пространство необходимо для свободного перемещения зерен смолы при изменении их объема и удалении газов.
После заполнения колонок на них устанавливают крышки, которые должны герметично закрыть колонку. Я использую для обеспечения герметичности пластилин.
Если при загрузке в массе смолы образовались воздушные пузыри, то до начала регенерации их надо устранить. Для этого выводную резиновую трубку погружают в литровую банку, наполовину заполненную водой и опускают ниже дна колонки. После того как из трубки выйдет воздух, банку вместе с трубкой быстро поднимают выше уровня колонки так, чтобы вода из банки стала поступать обратно в колонку. Благодаря этому смола поднимается, пока позволяет внутренний свободный объем. Затем трубку пережимают. В образовавшемся под смолой слое воды немедленно начинается «сортировка»: смола оседает на фильтре, а воздушные пузырьки устремляются вверх. Постепенно поднимаясь, слой воды как бы обрабатывает всю смолу. В случае заминки колонку можно немного встряхнуть. Если для полного удаления воздуха одного цикла окажется недостаточно, процесс надо повторить, слив из колонки лишнюю воду.
Эту же процедуру обязательно надо повторить перед промывкой после регенерации независимо от наличия в смоле пузырьков газов. Дело в том, что при зарядке смола заметно уменьшает свой объем, а при промывке снова разбухает, и если ее не разрыхлить описанным выше способом, может разорвать колонку. Подобное разрыхление с одновременным удалением выделившихся газов надлежит сделать и после длительного бездействия установки».
7. Электролиз
Kатасонов для приготовления мягкой воды предложил использовать устройство, предложенное Kротовым для получения «мягкой» и «живой» воды. Используемая им конструкция состоит из эмалированного бидона емкостью 3 л, в который помещен стакан высотой 185 мм и диаметром 65 мм, сшитый из плотного брезента капроновыми нитками, и двух электродов из нержавеющей стали размером 190х30 мм и толщиной 1,5–2 мм, получающих питание от сети переменного тока 220в через диодный мост. Такое устройство через 10 мин. работы позволяет получить 2,5 л воды жесткостью 0° и рН 4,2, которая имеет желтовато-лимонный цвет, кисловатый запах и находится в самом бидоне («мертвая» вода). Воду сливают в сосуд, дают остыть и затем подщелачивают питьевой содой до нужного значения рН, после чего отстаивают несколько дней, в течение которых вода просветлеет, а на дне скопится осадок желтовато-коричневого цвета.
8. Дождевая или снеговая вода
Применение дождевой или снеговой воды, которая имеет жесткость до 3°, можно рекомендовать лишь в районах, где атмосфера не загрязнена промышленными отходами. Во всяком случае ее нужно отстаивать несколько недель, а затем, взяв верхний слой, фильтровать через активированный уголь и несколько дней аэрировать, после чего, смешав в нужной пропорции с обычной водой для получения необходимой жесткости и рН, проверить пригодность воды на дешевых рыбах.
1. Kипячение воды
Воду кипятят, как описано выше, но используют нижний слой.
2. Смешивание с более жесткой водой
Расчет производят по формуле, приведенной выше.
3. Внесение химических реактивов
Внесение в воду 18,3 мл 10 %-ного раствора хлорида кальция или 19,7 мл 10 %-ного раствора сульфата магния повышает жесткость 100 л воды на 1°. Предпочтительно добавлять растворы в равном по действию количестве.