pH, углекислый газ, щелочность и жесткость в пруду

  • Жесткость воды (dH)
      Измерить уровень dH
  • Другие параметры воды
  • Видео обзоры
      Параметры воды в аквариуме
  • Обнуление параметров воды в аквариуме
  • Жесткость аквариумной воды GH, KH. Качество жесткой воды. Как понизить и повысить жесткость.
  • Таблица параметров воды для пресноводных аквар-ных рыб.Table of water parameters for aquarium fish.
  • Основные показатели воды и зачем это необходимо знать аквариумистам
  • Вода является жизненным пространством для рыб и растений, так же как и воздух для человека является жизненным пространством. В зависимости от свойств вода способствует развитию жизненных процессов или тормозит их. Вода содержит вещества, придающие ей такие свойства как, как цвет, прозрачность, запах, а также значения жесткости dH и водородного показателя pH.

    Для аквариума пригодна чистая, прозрачная, содержащая все необходимые для растений микроэлементы водопроводная вода с dH 5-20%, KH 2-15 градусов, pH 6,5-7,5. Но такая вода содержит чрезмерное количество воздуха и хлора. Поэтому она должна отстаиваться 3-4 дня. Бывает встает вопрос, где достать воду людям, живущим без водопровода, например, в сельской местности. Ответ: воду в таких местностях можно брать из чистых ручьев, родников, колодцев. Кроме того, там не должно быть вредных соединений: серный водород, минеральные соли, оксид железа. После заливки новой воды в аквариум в воде происходят различные процессы. Из-за этого вода может стать беловато-мутной, но вскоре она опять становится прозрачной. Если наклониться над нормально функционирующим аквариумом, то чувствуется легкий запах растений. Всякий другой запах указывает на неблагополучие процессов, проходящих в аквариуме. В этом случае нужно провести основательную чистку грунта и части воды. Хорошая вода — это вода богатая кислородом, свободная от органических отходов, лишенная пузырьков газа и хлора, отфильтрованная от нечистот и мути.

    pH и углекислый газ

    О том, является ли вода кислой или щелочной говорит водородный показатель – pH. Он обозначает концентрацию ионов водорода в воде и представляет собой её отрицательный десятичный логарифм — -log[H+]. Вода считается кислой, если pH ниже 7 единиц, и щелочной – если более 7. Значения pH, как правило, колеблются от 0 до 14 единиц. В аквакультуре диапазон кислотности составляет – 6.5-9.0.

    Рыбы и другие позвоночные имеют кровь со значением pH 7.4. Кровь рыб находится в тесном контакте с водой (граница раздела – 1-2 клеточных слоя). В пруду рекомендуется поддерживать диапазон, близкий к pH крови рыб – 7.0-8.0. Если водородный показатель упадет ниже 5 единиц или поднимется выше 10 (т.е. низкая щелочность, вместе с активным фотосинтезом водорослей), рыба почувствует себя плохо и погибнет.

    Значения pH в пруду варьируют в течение дня. Ночью концентрация растворенного кислорода снижается, потому что останавливается фотосинтез, растения и животные дышат и расходуют кислород. При плотной посадке концентрация углекислого газа становится высокой в результате дыхания. Свободный CO2 реагирует с водой, приводя к возникновению угольной кислоты (H2CO3), и pH снижается:

    H2O + CO2 = H2CO3 = H+ + HCO3—

    В таблице обобщены относительные изменения концентрации растворенного кислорода, CO2 и pH в течение 24 часов

    ВремяРастворенный кислородРастворенный углекислый газpH
    ДеньВозрастаетСнижаетсяВозрастает
    НочьСнижаетсяВозрастаетСнижается

    Углекислый газ редко напрямую оказывает токсическое влияние на рыб. Однако его высокие концентрации снижают pH и, вследствие снижения pH в крови жабр, ограничивают возможность крови рыб переносить кислород. При заданной концентрации кислорода (например, 2 мг/л) рыба может задохнуться, когда уровень CO2 высокий, либо остаться невредимой, когда уровень CO2 низкий. Сом толерантен к концентрации CO2 20-30 мг/л, если газ накапливается постепенно и уровень кислорода 5 мг/л. В водохранилище или естественном пруду концентрация CO2 редко превышает 5-10 мг/л.

    Высокие значения концентрации углекислого газа практически всегда обусловлены низкими концентрациями растворенного кислорода (высокая дыхательная активность). Для повышения низких значений кислорода проводится аэрация воды. Она же помогает снизить высокий уровень CO2, вследствие обратной диффузии газа в атмосферу. Хронически высокая концентрация CO2 снижается внесением гидратной извести Ca(OH)2. Примерно 1 мг/л извести удаляет 1 мг/л углекислого газа. Однако такую обработку нельзя производить в воде с плохими буферными свойствами (низкая щелочность), потому что pH поднимется до смертельного для рыб уровня. Кроме того, возникает опасность для рыб, если известь вносится в воду с избытком уровнем аммония. Высокий pH усугубляет токсическое влияние аммония.

    Кислотность воды (pH)

    Такой параметр как кислотность воды оказывает большое влияние на биохимические и биологические процессы и имеет важное значение в жизни рыб. В зависимости от кислотности вода классифицируется так: pH = 1-3 сильнокислотная вода 3-5 кислая вода 5-6 слабокислая вода 7 нейтральная вода 7-8 очень слабощелочная вода 8-9 слабощелочная вода 9-10 щелочная вода 10-14 сильнощелочная вода. Кислотность водопроводной воды примерно 7pH. Многие рыбы вполне безболезненно переносят отклонения от нейтрального показателя(7). Это объясняется тем, что организм имеет целый ряд систем, сглаживающих резкие колебания pH.

    В процессах фотосинтеза, протекающих на свету, растения потребляют углекислый газ, что повышает уровень pH, а ночью понижается, что связано не только с отсутствием фотосинтеза, но и с выделением CO2 при дыхании растений. Вообще, в аквариумах биологические процессы окисления преобладают над процессами восстановления; в связи с этим кислотность воды со временем понижается.

    Для содержания аквариумных рыб не годится сильнокислая, кислая, щелочная и сильнощелочная вода. Вода должна быть слабокислой, нейтральной, очень слабощелочной. Резкое изменение кислотности воды может стать причиной гибели рыб. Чтобы этого избежать, следует менять воду небольшими порциями и наливать воду нужно небольшими порциями. Переносить рыб из аквариума в аквариум надо тоже осторожно.

    Повысить уровень pH (сделать более щелочной)

    Повысить уровень можно с помощью питьевой воды, т.е. добавить в воду питьевой воды. Также можно добавить немного бикарбоната натрия или смешать ее со щелочной водопроводной водой. Чтобы повысить уровень pH до значения 7, т.е. сделать ее нейтральной, следует производить ее аэрацию или прокипятить.

    Понизить уровень pH (сделать ее более кислой)

    Можно добавить в воду немного торфа, взятый на возвышенностях или отфильтрованный экстракт, получившийся после кипячения торфа. Также можно подкислить воду с помощью бифосфата натрия. Измерить уровень pH. Измерить уровень в домашних условиях можно применением индикаторных бумаг. Определение сводится к опусканию полоски индикаторной бумаги в аквариумную воду и быстрому сравнению приобретенной окраски со стандартной шкалой. Существует индикаторная бумага как для грубых измерений pH от 1 до 10, так и для более точного определения pH в любом из узких диапазонов.

    Щелочность

    Общая щелочность характеризует количество оснований, присутствующих в воде. Как правило, в пруду присутствуют карбонаты, бикарбонаты, гидроксиды, фосфаты и бораты. Карбонаты и бикарбонаты самые распространенные и наиболее важные компоненты щелочности. Этот показатель измеряется по количеству кислоты (H+) в воде, которое может абсорбироваться (буферизация) перед достижением назначенного уровня pH. Общая щелочность выражается в мг/л или млн-1 карбоната кальция CaCO3. Щелочности 20 мг/л более чем достаточно для хорошей продуктивности пруда. Желателен диапазон общей щелочности 75-200 мг/л CaCO3.

    Карбонатная-бикарбонатная щелочность (и жесткость) поверхностных и колодезных вод создается преимущественно в ходе взаимодействия растворенного в воде CO2 и извести грунта. Дождевая вода имеет естественную кислую реакцию, потому что насыщена атмосферным углекислым газом. Как только она проходит сквозь почву, каждая капля насыщается CO2, и pH снижается. Колодезная вода выкачивается из крупных, естественных подземных резервуаров (водоносный слой) или маленьких, локальных участков грунтовых вод (подземные воды). Обычно, грунтовая вода имеет высокую концентрацию CO2, низкие pH и концентрацию кислорода. Накопление CO2 в них обусловлено протеканием бактериальных процессов в почве и минеральных образованиях. Как только дождевая, подземная вода проходит пласт, содержащий кальциевый известняк CaCO3 или доломитизированный известняк CaMg(CO3)2, происходит растворение минералов с образованием кальциевых и магниевых бикарбонатных солей:

    CaCO3 + H2O + CO2 = Ca+2 + 2HCO3— CaMg(CO3)2 + 2H2O + 2CO2 = Ca+2 + Mg+2 + 4HCO3—

    В результате, возрастают щелочность, кислотность и жесткость воды.

    Щелочность, pH и концентрация углекислого газа

    В воде с умеренной или высокой щелочностью (хорошая буферная емкость) и схожим уровнем жесткости, pH был нейтральным или слегка основным (7.0 – 8.3) и не колебался в широких пределах. Более высокие концентрации CO2 (т.е. угольная кислота) или другие кислоты требуют для снижения pH больше оснований, которые могли бы нейтрализовать или буферизировать кислоту.

    В таблице можно видеть взаимосвязь между щелочностью, pH и концентрацией CO2

    Значения фактора для расчета концентрации углекислого газа в воде с известным pH, температурой и щелочностью (Tucker (1984). При pH выше 8.4 концентрация CO2 незначительна

    Число (фактор), отмеченный в таблице и соответствующий определенным значениям pH и температуры, умножается на значение щелочности (мг/л CaCO3). Результат этого уравнения позволяет оценить концентрацию CO2 (мг/л).

    Например, в пруду с сомами pH = 7.2, температура = 25°C, и общая щелочность = 103 мг/л. Значение фактора = 0.124. Концентрация углекислого газа равна = 0.124 x 103 мг/л щелочности = 12.8 мг/л CO2.

    Для минимизации ошибки этих расчетов необходимо в течение 30 минут регистрировать pH. Вследствие нескольких источников погрешности предпочтительно прямое измерение концентрации углекислого газа при помощи химических тестов.

    CO2 в аквариуме

    Многие, наверное, хотели иметь дома аквариум с растениями или рыбами, но не все понимают, что к его выбору нужно подходить с особой тщательностью. Одна из самых главных проблем — это подача CO2 (углекислый газ). Ведь растения на 40-50% состоят из него.

    Краткое резюме о CO2:

    Подача CO2 сильно усиливает рост растений. Оптимальная концентрация CO2 должна составлять 15-30 мг\л для аквариума с растениями и не более 30 мг\л с рыбами. Кислород не вытесняется из воды углекислым газом. Среднее значение подачи CO2 рассчитывается по формуле: при kHmin=4 градуса подача должна быть один пузырек в минуту на десять литров живого объема аквариума. Уровень кислотности (pH) должен быть 6,8-7,2 и за этим нужно внимательно следить, т.к. нитраты и CO2 понижает уровень pH, плюс он может изменятся сам в течении дня. Утром понижается и вечером повышается.

    Для получения оптимального уровня pH нужно, чтобы мера щелочности (kH) воды не превышала 6 ед. Чтобы избежать критического падения pH, минимальный безопасный уровень kHmin.=4.

    Концентрацию CO2 можно вычислить с фомощью формулы, но для начала нужно измерить pH и kH. CO2=3,0хkHх10^(7,00-pH). Получить CO2 можно из баллона или методом брожения.

    Растениям также нужен свет, но не забывайте, что интенсивность освещения и подача CO2 должны быть прямопропорциональными. Основным строительным для клеток растений выступает углерод (СO2), поэтому подача СО2 просто необходима для эффективного и быстрого роста растений. В обычных условиях растения будут расти очень медленно или даже погибать, но подача СО2 ускорит темпы роста в 4-6 раз! Вы приятно удивлены результатами при подаче СО2 (углекислого газа) в аквариум, только не забывайте о правильном балансе со светом и жидкими удобрениями. Без углекислого газа вам останется только наблюдать за тем, как ваши растения будут гибнуть. Но все же СО2 это не единственное, что нужно растениям для роста, поэтому сразу после неожиданного быстрого роста, растения почувствуют нехватку в питательных веществах. Железо, магний, калий и другие микроэлементы очень быстро усваиваются растениями и в очень больших количествах, поэтому подачу углекислого газа (СО2) стоит в обязательном порядке скоординировать с подачей жидких удобрений.

    Что нужно растениям для хорошего роста. Во-первых, хороший грунт с нужными для растения свойствами. Во-вторых, постоянная подача углекислого газа (CO2). В-третьих, у растения должна быть постоянная подача питательных веществ. В-четвертых, достаточное количество света и правильный состав спектра.

    Для чего растениям CO2?

    Все кто хочет иметь аквариум должны уяснить — все растения состоят из С (углерод) и без него они не выживут. Растения питаются, осуществляя фотосинтез. Этот процесс не возможен без кислорода, углерода, света и тд… Каждый из ингредиентов должен поступать в определенном количестве и продолжительности иначе фотосинтез не будет происходить.

    Было проведено много исследований, которые показали, что при определенном количестве света, CO2 и питательных веществ, они являются основным фактором роста. Одно из таких исследований было проведено в компании Tropica, где выращивали риччию в течении двух недель. Исследование показало следующие результаты: Если подавать мало CO2 и света, то в 4 раза увеличивается рост растения. Без подачи CO2 и малом количестве света рост падает до нуля. Мало CO2 и большое количество света в 6 раз увеличивает рост растения. Много CO2 и много света из 1 грамма вырастает 6,9 грамм.

    Вывод: Если мы хотим хороший результат, то не стоит увеличивать количество, лишь одного «ингредиента » (CO@ или свет) — это особого эффекта не даст, но при равном увеличении результат поразит вас! Если же вы будите делать как многие неопытные аквариумисты, например, держать аквариум в темноте без подачи CO2? То энергии у растения хватит только на временное поддержание жизни.

    Для чего нужно соблюдать правила?

    Вам не придется долго ждать. Чтобы композиция приобрела нужный вид. Всего 1,5-3 месяца. Вы можете чаще подрезать растения, детальнее редактировать композицию, делать её такой как вы захотите. Молодые листья выглядят лучше, а значит и композиция будет лучше. Если вы хотите стремиться к работам Takashi Amano, то быстрый рост растений просто необходим.

    К 4-х кратному ускорению роста растения может привести даже небольшие дозы углекислого газа, и даже в малоосвещенных помещениях. Это происходит потому, что без каких либо вредоносных последствий, растение начинает производить на порядок больше хлорофилла, но при этом не рушит энергетический баланс. Таким образом, для извлечения углекислого газа (СО2) из воды, растение начинает тратить меньше энергии, собственно больше энергии растение затрачивает на оптимальную переработку данной ему малой доле световой энергии. Вот таким вот путем мы может очень эффективно увеличить рост растения, не перенасыщая его светом, так как оно может полностью использовать даваемый ему свет. Потому, что избыток света может неблагоприятно сказать на здоровом росте растения. Но в любом случае, если правильно увеличить и подачу углекислого газа и света, это произведет гораздо лучший эффект чем улучшение чего-то одного. То как каждый фотон используется в фотосинтезе, независимо от того, под каким углом он падает на лист, вы можете посмотреть на приведенном графике. Этот график явно показывает зависимость данного процесса в использовании молекул углекислого газа от света. Итак, из всего вышеописанного мы можем сделать два вывода. Первое: очень важно балансировать подачу углекислого газа (СО2) под интенсивность освещения и наоборот. Второе: даже если вы подаете малое освещение, уровень подачи углекислого газа (СО2) рекомендуется поддерживать не менее 15мг/л. Хотя лучше всегда поддерживать уровень подачи в районе 30мг/л. Ошибка многих любителей аквариумных растений — неопытность и незнание методики обогащения растений светом и углекислым газом. Обычно в таких случаях, темпы роста растений, у таких людей, стоят на уровне желтой линии, в редких случая — на зеленой. Достигнуть синей линии, можно просто усилив интенсивность подаваемого света. Но тут есть большая опасность водорослей. Только если вы согласуете подачу углекислого газа (СО2) с интенсивностью подаваемого света, вы сможете увеличить темпы роста в разы, то есть достигнуть красной линии. Вы будете удивлены, как быстро вырастут ваши растения!

    Почему CO2?

    Растения могут употреблять углерод в двух видах: газообразной (CO2) и растворенный в воде — бикарбонат (HCO3-). Растения отдают своё предпочтение чистому CO2 — это связано с тем, что для фотосинтеза придется утилизировать бикарбонат, а растения это делать затруднительно. Поэтому растворенный CO2 более выгодный способ для его получения.

    Какая должна быть концентрация CO2?

    Думаю, все знают, что CO2 отлично растворим, будь то воздух или вода. В воде CO2 растворяется намного медленнее, чем в воздухе, но водные растения все предусмотрели! У них есть специальный слой, который ускоряет этот процесс, у наземных растений он тоже есть, но он намного тоньше чем у водных. У водных растений такой слой составляет где-то 0.5мм. Чтобы обеспечить водным растениям оптимальный фотосинтез, концентрация CO2 должна составлять 15-30 мг\л, не превышая при этом концентрацию для рыб 30мг\л. Все это нужно для создания естественной окружающей среды, создающая главные сдерживающие факторы фотосинтеза.

    CO2 и Кислород.

    Многие очень сильно заблуждаются, когда думают, что кислород не вытесняется из воды углекислым газом, и что кислород в больших количествах необходим для дыхания рыб. Нет! Это не так! На самом деле уровень кислорода днем поднимается до 11 мг\л, что превышает 100%. Это происходит из-за активного роста растений. Уровень падает у утру до 8,0 мг\л при условиях, что температура воды 24С. Для нормальной жизни, рыбами необходимо 5мг\л (60%) кислорода растворенного в воде.

    Включать или Отключать на ночь CO2?

    На этот вопрос существует два мнения. В первом случае считают, что можно обойтись без CO2. Так как к утру уровень кислорода остается высоким, а уровень кислорода остается высоким, а уровень кислотности нормальным, если аквариум не более 1200 литров и в нем не проживает много рыб, то можно обойтись без начального поступления CO2. Вторая сторона считает, что CO2 нужно начинать подавать за 1-2 часа ДО включения света. Так как утром больше всего активен процесс фотосинтез, уровень O2 намного ниже, чем обычно.

    Баланс CO2 и света.

    Как мы уже говорили, интенсивность света должна соответствовать интенсивности подаваемому CO2. Даже исследования Tropica подтвердили слова Takashi Amano о том если концентрация подаваемого света и CO2 не равномерна, то это принесет только вред и не капли пользы. Все говорят об этом, но не всегда нужно большое количество CO2, это мы можем увидеть из формулы фотосинтеза: 6CO2+12H2O-> C6H12 O6+ 6H2O. В этот момент растения активно выделяют кислород, но, не смотря на это, растения становятся все более слабыми. Таким образом, потребление растениями азота и фосфата уменьшается. Если в аквариуме недостаточно CO2, а света больше чем в достатке, то начнут появляться водоросли. Не стоит добавлять никаких удобрений. Это принесет ещё больше вреда. Но слишком большое количество CO2 может стать токсичным для рыб и других обитателей аквариума. Для каждого растения нужно определенное количество света, а значит и определенное количество CO2. Некоторым нужно больше света, значит больше CO2. Takashi Amano считает, что не существует простых или сложных растений, просто есть растения любящие свет и любящие тень. Подаваемое количество света и CO2 единственное их различие. Если вы хотите завести аквариум то вам стоит с самого начала рассчитать. Какое количество света и CO2 будите подавать своим растениям, чтобы в дальнейшем это не вызвало неудобств.

    Сколько нужно CO2

    Не думайте, что на этом все, нужно также отслеживать равновесие pH и CO2. Чтобы это все отрегулировать, нужно чтобы kH, pH и CO2 были следующих параметров: kHmin=4 градусов, pH вечером = 7,2, а утром = 6,8, при таких условиях CO2 приобретет параметры от 15-30 мг\л. Это нужно понимать всем кто хочет иметь или же имеет аквариум, и понять, что все это взаимосвязано. Чем больше в воде гидроксидных ионов, тем меньше pH. Реакция воды может быть щелочной (pH>7.0), нейтральной(pH=7.0) и кислой(pH Концентрация растворенного в воде CO2 в природе бывает намного ниже, чем этого нужно для подводного царства, но в пресных водоемах на оборот, по отношению к её обитателям уровень слишком высокий и постоянно возобновляется благодаря течению и выделениям отложений на дне. Если искусственно не обогащать воду CO2, то собственных запасов хватит растениям, только на поддержание жизни и естественно не о каком росте и речи быть не может. Можно вычислить темп подачи с помощью следующей формулы, главное чтобы kH=2-4 при 1 пузырьку в минуту на 10 литров воды: CO2=7-19 мг\л при pH=6,8-7,2. Если kH окажется выше нормы, то вычислять нужно по формуле: kHx V(воды) \ 30. Выше мы уже говорили о том, как правильно использовать большие концентрации. Но они рассчитаны только на подачу CO2. Не забывайте отслеживать рост растения, не совершайте глупых ошибок, и самое главное не забывайте, что растением нужно одинаковое количество света и CO2.

    Как влияет CO2 на уровень кислотности(pH).

    Как упомянуто выше, для роста растений нужен углерод. Также рекомендуется держать низкий уровень водородного показателя (рН). Подавая СО2 в аквариумную воду мы выполняем обе задачи. Это происходит за счет того, что при попадании СО2 в воду, начинает образовываться угольная кислота. Вода соединяется с СО2 (Н2О+СО2=Н2СО3). Получившаяся кислота диссоциирует на ионы (Н+) и бикарбонат (НСО3-) (основа КН). А при повышении концентрации катионов водорода (Н+), водородный показатель (рН) уменьшается. Таким образом, мы одновременно даем нужный для роста растений углерод, и понижаем водородный показатель на более благоприятный уровень. Но тем не менее мы повышаем уровень углекислого газа (СО2), из-за понижения водородного показателя (рН). (см. ниже в разделе «рН»).Концентрация в воде углекислого газа, а также карбонатный буфер КН, сильно влияют на значение водородного показателя (рН). Из-за этого, связь (рНKH растворенный СО2) будет жесткой. Теперь нам нужно скоординировать подачу углекислого газа вместе с тем, какой уровень водородного показателя в аквариуме нам нужен. А водородный показатель, как раз таки определяется наличием карбонатного буфера КН. То есть единственное, что мы можем контролировать из наших 3-х показателей (рН, КН и СО2), это углекислый газ СО2, так как остальное является заданными величинами оптимальными для нормального роста растений. Таким образом, теперь мы должны подстроить подачу СО2 еще и под оптимальный уровень водородного показателя, которой должен быть равен рН=6.8-7.2, а не только под нужный уровень концентрации углекислого газа в воде. Для всего этого нам понадобится вода с жесткостью dGH=4-10, и собственно с исходным КН=2-8. Тогда оптимальная концентрация должна составлять СО2=15-30мг/л и рН=6.8-7.2.

    Растениям необходимо лишь pH=6,8-7,2.

    Растения хотят больше CO2.

    Как уже говорилось растениям нужно очень много CO2, ведь они сами на 40-50% состоят из углерода и логично, что самым лучшим источником энергии для них будет углекислый газ. В воде он может находиться в двух видах: в виде бикарбоната (HCO3-) и углекислого газа. Диффузным путем они поглощают CO2через стенки клеток, тем самым насыщая свой растительный организм питательными веществами. Многие растения выбрали этот путь поглощения энергии, ведь так им на много проще. Так как, поглощая бикарбонат, они должны сначала поглотить HCO3- и уже только потом извлечь из него CO2 и насытиться им. Это происходит потому, что бикарбонат содержит связанный CO2. Теперь вы понимаете, почему не многие растения не выбирают второй способ поглощения CO2. Многие из них просто не способны на это и это понятно, ведь это очень сложный химический процесс.

    В мягкой воде с pH меньше 7, 70% CO2 будет в доступном и усвояемом для растений виде и только 30% будет в бикарбонате. Это значит, что ниже будет показатель кислотности воды, тем больше кислорода смогут усвоить растения, так как он будет легко усвояемом растениями виде (газообразном). Поясню, это значит, что в мягкой воде с показателем kH=2-6 растения получат намного больше углерода, чем в жесткой воде.

    Будет ли pH сохранять стабильность с одновременной деятельностью биологических веществ.

    Поддерживание стабильного уровня водородного показателя (рН) в аквариуме.Слабые кислоты могут обладать особыми химическими свойствами, результат действий этих свойств и называется — буферизация. Диссоциирование слабых кислот в воде, формирует пары кислота-основание, которые имеют логарифмическое отношение друг к другу. При добавлении кислот и оснований в воду, водородный показатель сильно не измениться, то есть на графике отношения щелочность/кислота относительно водородного показателя, мы могли бы увидеть, что линия зависимости ниже или выше определенного значения водородного показателя (рН) будет плоской. Такое состояние водородного показателя (рН) называется «точкой равновесия», когда линия практически плоская, то есть сколько бы мы не добавляли оснований или кислот, это не будет сильно влиять на уровень водородного показателя (рН). Причем, что еще важно, точка равновесия не одна, и может варьироваться в зависимости от кислот.К примеру, точка равновесия угольной кислоты (Н2СО3), которую мы получаем при добавлении углекислого газа в воду (см. выше), составляет рН=6.37. Из-за того, что в аквариуме естественным биологическим путем производятся нитраты (NO3), которые являются кислотами, водородный уровень может понизиться, если до этого был чуть выше точки равновесия угольной кислоты. А данный уровень водородного показателя (рН=6.37) практически идеален для аквариумных растений, поэтому нам нужно стремиться сохранять именно этот уровень водородного показателя. Буферизации кислоты будет идти долго, перед тем как уровень водородного показателя приобретет желаемый результат, это происходит из-за того что начальный уровень водородного показателя будет выше точки равновесия, и нам нужно сместить его в сторону точки равновесия угольной кислоты. Это и будет для вас секретом стабильности уровня водородного показателя, (рН=6.8-7.2), как наилучший для Nature Aquarium.

    Аммоний и токсичный аммиак, какое должно быть соотношение между ними.

    Все мы знаем, что аммиак(NH3) один из форм аммония (NH4+) и к тому же он очень вреден для жизни, даже в малых количествах (0,06 мг\л). Соотношение аммоний \ аммиак зависит от количества pH. Если pH ниже, то соответственно в аквариуме меньше вредного аммиака. Он будет составлять около 0,5% при условии, что уровень кислотности будет равен 7, но если pH будет больше, например 7,5, то аммиак составит 4%. Что совсем не допустимо! Итак, нужно запомнить одно простое правило: если pH(уровень кислотности воды) более 7,0 , то количество аммиака увеличивается и вредит вашим растениям, рыбам. Можно гарантировать отсутствие аммиака в одном случает, если при pH= 6,8 — 7,2 в NA, тогда Доля NH3= 0,4-0,8%. Это потому что NA поддерживает низкий уровень NH4+\ NH3(аммоний \ аммиак).

    Нитрифицирующие бактерии и их активность.

    Бактерии активны на 85% от максимума при уровне кислотности 6,6 . Бактерии никогда не работали, и не будут работать на максимум. При малейших изменениях они могут повысить или понизить свою деятельность. Даже если состояние воды ухудшится, они справятся с нагрузкой, немного увеличив активность своей деятельности, сохранят стабильное положение аквариума. Будет создаваться такой же запас стабильности как с точкой pH. (pH=7,5-7,8 при этом параметре наблюдается максимальная активность нитрофикации, замедляется при pH= 7,5).

    И так теперь все поняли, какой должен быть показатель pH (6,8-7,2) для хорошего роста долгой жизни растений. Теперь же давайте определимся, какой должен быть показатель kH.

    1. Нужно учесть, что вода при kH=2-5 уже кислая, поэтому автоматически буферизируется на pH= 6,0-7,3. Так как содержится не угольная кислота (H2CO3), а углекислый газ причем в больших количествах. Чтобы избежать падение pH ниже чем вообще возможно, нужно чтобы минимальный уровень жесткости составлял минимум=4,0 при одновременной подаче CO2.

    Почему нужно именно этот уровень и почему нельзя больше? Да потому что, если вода будет слишком жесткая, то есть kH>7,0 то и pH будет равняться = 7,8 и тогда придется превысить допустимую для рыб норму подачи CO2. А она должна составлять не более 30 мг\л. И тогда уже не будет никаких и способов и возможностей снизить хоть немного уровень кислотности в воде. Но и занижать уровень жесткости тоже нельзя, я напоминаю, что не ниже двух. Тогда придется увеличить подачу CO2 или придется повысить количество нитратов и при всех этих условиям может возникнуть угроза падения, причем резкого уровня кислотности- это меньше 6,8. Это будет просто ужасно для рыб и растений.

    2. Чтобы поддержать стабильность кислотности в воде, нужно чтобы уровень жесткости имел минимум 4, ДО подачи CO2, чтобы в любую минуту не исчез карбонатный буфер, что может привести к снижению кислотности.

    Также надеюсь, вы помните, что pH-kH-CO2 зависят друг от друга. Поэтому по таблице 1 зависимости, зная kH, взяв требуемую величину pH, мы сможем найти углекислый газ. То есть, какая получиться концентрация углекислого газа, если мы возьмем определенные параметры pH и kH.

    Например: мы наблюдаем, что с pH=6,8-7,2; kH= 4-5, тогда концентрация углекислого газа (CO2) составит 7,6- 23,8 мг\л. Используя для воды такие параметры, получим нормальное количество pH и CO2. Причем CO2 не будет слишком много, он будет оптимально насыщать воду, что поможет ускорению роста растений.

    3. Чтобы растения свободно в большом количестве потребляли углекислый газ нужно, чтобы жесткость воды была равная 3,5-4 и мера кислотности воды была всегда меньше 7. Исходя из этого (уровень карбонатной жесткости) kH играет главную роль в увеличении роста ваших растений. В отличии от общей жесткости (gH), он не сильно влияет на рост растений, поэтому он является второстепенным, не важным фактором в аквариуме, но все же чтобы не навредить рыбам этот показатель не должен быть слишком высоким или слишком низким.

    Щелочность, pH и фотосинтез

    Основания, обуславливающие щелочность, влияют и нейтрализую кислоты. Карбонаты и бикарбонаты могут реагировать с кислотами и щелочами, и буферизировать (минимизировать) изменения pH среды. Кислотность воды с высокими буферными свойствами колеблется в пределах 6.9-9 единиц. В воде с низкими буферными свойствами pH может достигать угрожающе низких (углекислый газ и угольная кислота образуются вследствие дыхания) или угрожающе высоких значений (высокая активность фотосинтеза).

    Фитопланктон представляет собой микроскопические или около микроскопические водные растения, ответственные за продукцию значительной части кислорода в пруду и реализацию фотосинтеза. При стабильном значении pH около 6.5 или выше, щелочность улучшает продуктивность фитопланктона, потому что повышает доступность нутриентов (растворимые фосфаты). Щелочность выше 20 мг/л захватывает CO2 и увеличивает его концентрацию, доступную для фотосинтеза.

    Так как фитопланктон использует CO2 в фотосинтезе, pH в воде возрастает со снижением концентрации углекислого газа и угольной кислоты. Кроме того, фитопланктон и другие растения переводят бикарбонаты (HCO3—) в углекислый газ для фотосинтеза и высвобождает карбонаты:

    2HCO3— + фитопланктон = CO2 (фотосинтез) + CO3-2 + H2O CO3-2 + H2O = HCO3— + OH— (сильное основание)

    Высокие значения pH также могут обуславливать снижение концентрации H+: CO3-2 + H+ = HCO3— или HCO3— + H+ = H2O + CO2

    Высвободившийся при посредничестве растительной биомассы карбонат из бикарбоната, может вызывать значительное возрастание pH (выше 9) в периоды активного фотосинтеза фитопланктона. Этот подъем pH наблюдается при низкой щелочности воды (20-50 мг/л) или в воде с умеренной и высокой карбонатной щелочностью (75-200 мг/л) и жесткостью менее 25 мг/л. Высокая бикарбонатная щелочность в мягкой воде обусловлена карбонатами натрия и калия, более водорастворимыми, чем карбонаты кальция и магния, влияющими на жесткость. Если присутствуют кальций, магний и образующийся фотосинтетический карбонат, когда pH выше 8.3, формируется известняк. Пруды с щелочностью ниже 20 мг/л обычно не имеют вспышек роста водорослей и, соответственно, вызванного фотосинтезом, резкого подъема pH.

    Баланс pH и почки

    Вы смело можете заметить, что H+ может быть продуктом не только цикла Кребса, но и метаболизма аминокислот (амино-группа NH3), жировых кислот (тоже много водорода), и даже продуктов ферментации (лактат).

    Метаболические кислоты кислоты можно разделить на 2 части, водород и анион:

    Например, молочная кислота -> Н+ + лактат-

    Почки выводят метаболические кислоты следующим образом:

    Анионы отфильтровываются в клубочках нефронов;

    Водород ждёт куда более интересное приключение:

    • Водород соединяется с бикарбонатом с образованием угольной кислоты: H+ + HCO3- -> H2CO3;
    • Угольная кислота катализируется до воды и CO2 + H2CO3 -> H2O + CO2;
    • Углекислый газ попадает в клетки почечных канальцев;
    • Внутри происходит обратная реакция, в результате которое бикарбонат возвращается в кровь, а протон выводится с мочой.

    Важно! Почки фильтруют 60-70 ммоль «кислоты» в день. Против 15 000 ммоль легких.

    Легкие – история минут, почки – недель.

    Функцию почек по выведение кислоты проверяют по так называемому anion gap.

    Na+ + K+ — CL- — HCO3-, в норме 16-20 mEq/L, без калия 12-16.

    Высокий anion gap – признак метаболического ацидоза.

    И в принципе высокое количество бикарбоната (HCO3-) означает большое количество CO2 и проблемы с pH.

    Жесткость

    Жесткость является важным показателем воды при культивировании рыб. В гидрохимическом анализе он обычно присутствует. Жесткость определяется по концентрации двухвалентных ионов — кальцием, магнием и/или железом. Она может включать смесь двухвалентных солей, но кальций и магний всегда преобладают.

    Традиционно, жесткость измеряется в ходе химического титрования. Жесткость образцов воды выражается в миллиграммах на литр в эквиваленте карбоната кальция (мг/л CaCO3). Кальциевая карбонатная жесткость основной индикатор количества двухвалентных солей, который не проводит различий между кальцием, магнием и солями других двухвалентных элементов.

    Часто жесткость путают с щелочностью (общая концентрация оснований). Путаница возникает из-за того, что оба параметра измеряются в мг/л эквивалента CaCO3. Если известняк ответственен за оба параметра, жесткость и щелочность, их концентрация будет схожей. Однако, если в растворе, где на щелочность влияет NaHCO3, жесткость будет низкой, а щелочность, напротив, высокой. Кислые, подземные и колодезные воды могут иметь низкую или высокую жесткость и очень низкую щелочность (либо вообще не иметь её).

    Кальций и магний важны для протекания ряда биологических процессов в организме рыб (формирование костей и чешуи, свертывании крови и других метаболических реакциях). Рыбы способны абсорбировать кальций и магний непосредственно из воды или с кормом.

    Кальций наиболее важный двухвалентный элемент в культуральной воде. Присутствие свободного (ион) кальция в воде помогает снизить потери других солей (т.е. натрия и калия) из внутренних жидкостей рыб (крови). Натрий и калий входят в состав крови рыб. Они участвуют в реализации ряда процессов, в том числе, деятельности сердца, иннервации и мышечной деятельности. Исследования показали, что кальций окружающей среды также требуется для ре-абсорбции потерянных солей натрия и калия. В воде с низкой концентрацией кальция моет наблюдаться утечка значительных количеств натрия и калия в воду. Для вторичного впитывания этих элементов затрачивается энергия тела. Для некоторых видов рыб (Sciaenops ocellatus, Morone saxatilis) для выживания важно высокое значение кальциевой жесткости.

    Рекомендуемый диапазон свободного кальция в культуральной воде составляет 25-100 мг/л (65-250 мг/л CaCO3). Канальный сом толерантен к низкой концентрации кальция до тех пор, пока его корм содержит минимальный уровень кальция, однако скорость его роста низкая. Аналогично, радужная форель переносит низкие концентрации кальция (10 мг/л), если pH выше 6.5. Для выращивания Sciaenops ocellatus, Morone saxatilis или раков желательна концентрация свободного кальция 40-100 мг/л (100-250 мг/л CaCO3), что соответствует концентрации кальция в крови рыб (100 мг/л Ca или 250 мг/л CaCO3). Жесткость источников воды для этих видов должна быть проверена.

    Низкая карбонатная жесткость надежный индикатор низкого содержания кальция. Однако высокая жесткость необязательно отражают высокую концентрацию этого элемента.

    Карбонатная жесткость 100 мг/л включает 40 мг/л свободного кальция (делим CaCO3 на 2.5), в случае, если она обусловлена лишь присутствием кальция. Аналогично, если значение карбонатной жесткости 100 мг/л и представлена свободным магнием, концентрация магния составляет 24 мг/л (делим CaCO3 на 4.12). Эти факторы (2.5 и 4.12) связаны с молекулярной массой CaCO3 и различиями массы атомов магния и кальция. Там, где жесткость обусловлена присутствием известняка, значение CaCO3 обычно отражает смесь свободного кальция и магния. Но магния все равно преобладает в смеси.

    Известняк может использоваться в сельском хозяйстве для повышения концентрации кальция (и карбонатной-бикарбонатной жесткости) в областях с кислой водой или почвой. Однако при pH 8.3 или выше известняк не растворяется. Мягкую, щелочную воду можно обогатить кальцием с помощью гипса (CaSO4) или CaCl2. Большие объемы обработки могут привести к серьезным расходам, и более практичным будет поиск другого источника воды.

    Другие параметры воды

    Показатель Значение показателя
    Углекислота(СО2) до 8мг/л
    Кислотность(pH) 6-8
    Общая жесткость(dH) 6-12 градусов
    Содержание хлоридов до 2 мг Cl/л
    Окисляемость воды(O2) 8-12 мг 02/л
    Содержание азота до 0,2 мг NH4 /л
    Сожержание железа 0 мг Fe/л
    Содержание кислорода(O2) 8-10 мг/л
    Содержание сероводорода (H2S) 0 мг/л
    Содержание сульфатов до 2мг SO4/л
    Температура 24оC ± 2
    Нитраты 0,5 мг NO3/л
    Нитриты 0,2 мг NO2/л

    Влияние pH, щелочности и жесткости на токсичность аммония и металлов

    Аммоний становится более токсичным при возрастании pH. Высокие концентрации токсичной неионизированной формы аммония (NH3) формируются в основной воде, тогда как NH4+ преобладает в кислой воде. Так как щелочность повышается с ростом pH, аммоний становится более ядовитым в воде с высокой общей щелочностью. Жесткость обычно не связана с токсичностью аммония.

    Металлы, такие как медь и цинк, более распространены в быту (в бассейнах, сантехнике и CuSO4). Они становятся лучше растворяются в кислой воде. Растворимость или свободная ионизированная форма этих металлов токсична для рыб. Высокая общая щелочность повышает pH и доступность оснований, которые способствуют образованию менее токсичных нерастворимых форм меди и цинка. Высокие концентрации кальция и магния (жесткость) блокируют эффекты меди и цинка в местах их токсического влияния. Поэтому, эти металлы более ядовиты для рыб в мягкой, кислой воде с низкой общей щелочностью.

    В идеале, пруд с аквакультурой должен иметь pH 6.5-9.0, умеренную или высокую щелочность (75-200 мг/л, но не менее 20 мг/л) и кальциевую карбонатную жесткость 100-200 мг/л CaCO3. Многие принципы химизма абстрактны (буферизация, карбонатный-бикарбонатный) и их сложно понять. Но фундаментальное понимание взаимосвязи pH, CO2, щелочности и жесткости необходимо для эффективного управления аквакультурой. —— www2.ca.uky.edu/wkrec/interactionsphetc.pdf William A. Wurts and Robert M. Durborow. Interactions of pH, Carbon Dioxide, Alkalinity and Hardness in Fish Ponds. Southern Regional Aquaculture Center. SRAC Publication No. 464. 2012.

    Баланс pH и диета

    Если верить учебникам [3, например], то максимальная способность почек вывода кислоты (протонов) – 700 ммоль в день (в 10-11 раз больше нормального метаболического объема).

    Для наглядности возьмём это исследование [4], где увеличение потребления белка на 48% (с 88 грамм до 128 грамм белка на 1.73 м2) привело к увеличению выведения кислоты почками на 45% (с 64 до 95 ммоль/день).

    Учитывая эту простую математику, несложно подсчитать сколько нужно было бы есть белка, чтобы заставить почки выводить кислоту на полную. При линейном сохранении пропорций для достижения пикового выведения кислоты в день в 700 ммоль, необходимо употреблять более 930 грамм белка в день. В исследовании это примерно 80 кг мужского веса. Это более 11,5 грамм белка на 1 кг веса. Или 4+ кг куриных грудок в день в течение минимум 5 дней.

    Вы можете пересчитать это на любой нужный вам продукт, чтобы увидеть, что диета почти неспособна повлиять на баланс pH крови. Кислотно-щелочные диеты можно забыть, как странное предположение. Экзогенные кислоты, нарушение функции почек, генетические дефекты ключевых ферментов почек – более вероятные признаки ацидоза. Никак не еда.

    Рейтинг
    ( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: