что такое буферность воды
Акваловер
Аквариумистика — аквариум новичкам, аквариум любителям, аквариум профессионалам
Буферность или буферизация
Самое читаемое
Самое читаемоеБуферность или буферизация — это способность воды реагировать на изменения ее химического состава (в основном под воздействием внешних факторов) без скачков pH. Еще эту особенность воды называют способностью «противостоять» внешним воздействиям.
Между общей жесткостью воды и буферизацией существует связь.
Общая жесткость — это преимущественно продукт ионов кальция и магния, а буферизация обеспечивается ионами бикарбоната (гидрокарбоната) и карбоната (ионами углекислой соли).
Буфер воды можно представить как большую губку, и чем больше способность воды буферизовать кислоту, тем больше эта губка.
Чем выше карбонатная жёсткость воды КН (то есть, чем больше нарисованная нами губка-буфер), тем более устойчива вода к любым колебаниям уровня рН. Поэтому, уровень КН воды аквариума должен быть достаточно высоким, чтобы предотвратить скачки рН, случающиеся время от времени по независящим от аквариумиста причинам. При КН менее 4.5°, необходимо уделять значительное внимания уровню рН (то есть, периодически измерять его и реагировать на скачки) до тех пор, пока не будет полной уверенности в его стабильности.
Буферизация имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Плюсом является то, что во время азотного круга буфер заботится о постоянстве рН. Минус буферизации состоит в том, что жесткая вода почти всегда — превосходный буфер, и, если рыбкам противопоказана повышенная жёсткость, то снижать её бывает довольно трудно при устоявшемся буфере. Стоит отметить, что несмотря на плюсы воды с хорошим буфером, многим рыбам и растениям она противопоказана: жить в такой воде рыбы еще смогут, а вот размножаться — нет.
Если не учитывать буферную емкость воды, то попытки изменить показатель pH в аквариуме обречены на неудачу. Таким образом, при снижении рН, обязательно следует отслеживать и менять и карбонатную жесткость.
Буферизация часто ассоциируется со щёлочностью, но следует различать такие понятия как щелочность воды и щелочная среда. Щелочность способствует лучшей буферизации, а щелочная среда — это среда, в которой щелочь несколько преобладает над кислотой. При щелочной среде уровень рН чуть больше нейтрального, то есть, выше 7. Но не больше 8. В то время как щёлочность — это состояние воды, где рН более 8 и существуют прекрасные условия для хорошей буферизации (стабилизации) рН.
Буферная емкость — это способность воды сохранить уровень pH устойчивым при добавлении, как кислоты, так и щелочи в воду. Буферная емкость и pH взаимосвязаны друг с другом; хотя можно было бы предположить, что добавление равных частей кислоты и нейтральной воды приведет к изменению pH в сторону кислой воды, но это случается на практике достаточно редко. Если вода имеет хороший уровень буферизации, то буферная емкость воды поглощает и нейтрализовывает добавленную кислоту, без значительного изменения уровня pH.
Буфер действует подобно большой пористой губке: при добавлении кислоты губка поглощает ее и не дает измениться уровню pH. Емкость губки не безгранична, и как только буферная емкость исчерпывается, pH начинает сильно изменяться при дальнейшем добавлении кислоты.
Буферность (свойства воды в аквариуме)
На первый взгляд кажется, что при добавлении в воду кислоты или щелочи величина рН будет изменяться пропорционально количеству подлитых растворов с иным значением рН. Но это не так для природной воды. Если вы начнете по каплям добавлять в воду с рН7 раствор фосфорной кислоты, то, вопреки ожидаемому уменьшению величины водородного показателя, значение рН долгое время будет оставаться постоянным или почти постоянным. Затем, после добавления довольно большого количества кислоты, величина водородного показателя начнет резко падать и каждая новая капля будет снижать это значение. То же самое можно увидеть и при добавлении в воду щелочи. Такая инерция к изменению величины водородного показателя при добавлении кислот или щелочей называется буферностью. Если раствор ведет себя подобным образом, то говорят, что он обладает буферными свойствами.
Дистиллированная вода буферными свойствами не обладает. Подливая в нее кислоту, вы увидите, что значение рН уменьшается. А вот вода из реки или аквариума ведет себя как хороший буферный раствор. Таким «поведением» вода обязана солям жесткости. 6 общем случае буферными свойствами обладают растворы слабой кислоты и ее же соли. В речной или аквариумной воде такую пару составляют угольная кислота и гидрокарбонаты, или, иными словами, соли временной жесткости.
В результате растения за несколько часов удаляют из воды почти всю временную жесткость. Образовавшиеся при этом соли карбонатов выпадают на листьях в виде шероховатых на ощупь серовато-белых налетов. Отсутствие временной жесткости и углекислоты в воде приводит к разрушению буферной системы. Теперь величина водородного показателя нестабильна, она довольно легко колеблется. Конечным результатом описанных процессов является быстрое увеличение рН до 8,3, что приводит к болезненному состоянию как рыб, так и самих растений. С изменением рН растения начинают иначе усваивать минеральные вещества. Чаще всего получается так, что избыток кальция блокирует потребление важных микроэлементов, и в результате растения страдают от этого. В довершение такой печальной картины некоторые виды водорослей, бурно размножаясь, получают преимущество в борьбе с ослабленными высшими растениями. В природных водоемах растения не страдают при разложении гидрокарбонатов, ведь объем реки или озера во много раз превышает объем аквариума, поэтому буферность природного водоема можно считать практически неисчерпаемой.
Аквариумист должен анализировать буферные свойства воды в аквариуме и добиваться того, чтобы буферная система была достаточно стабильной.
Разбираемся с жесткостью и буферными свойствами воды: gH, kH и TDS
Ко мне часто обращаются за консультацией с вопросом о том, как сделать красивый, успешный аквариум, но при условии, что “у меня не идеальная вода”.
Так вот первое, с чего необходимо начать путь к здоровому растительному аквариуму — позаботиться о качестве воды в аквариуме. Невозможно взять любого качества воду и сделать в ней шедевр. Воду необходимо создать (подготовить), а затем уже использовать в аквариуме.
При подходе “использовать ровно то, что течёт из крана” прийти к успешному аквариуму гораздо сложнее. И зачастую именно водопроводная вода является первоочередной проблемой появления водорослей, заболевания рыб, гибели креветок. Пришла пора разобраться во всех значениях. Как их измерять и контролировать. И вообще, зачем всё это нужно.
Что означают кН, gH, TS, TDS, TSS в воде?
TS (общий объём солей) = TDS+TSS — это всё, что растворено в воде. В зависимости от гранулометрического состава можно выделить:
TSS (объём взвешенных частиц)
Общее содержание частиц, размер которых превышает 2 микрона. Это могут быть отходы рыб, бактерий, отгнившие ткани растений. Это инструментально неизмеримый показатель, который можно заменить на параметр “прозрачность\мутность”.
В аквариумах такие тестирования не проводятся, разве что на глаз, но для любознательных коротко расскажу про тестирование воды на показатель TSS.
Сквозь специальный фильтр проливается вода, после чего фильтр промывается деионизационной водой (из-под фильтра обратного осмоса). Это делается с той целью, чтобы показатели растворённых солей (TDS) не влияли на показания TSS. Затем измеряется прирост в весе фильтра.
Работая сотрудником галереи природных аквариумов, я заметил, что многие отмечали чрезвычайную прозрачность воды в аквариумах. Это как раз можно и отнести к параметру TSS.
Этот параметр важен при содержании мелких рыбок и креветок. У них нежные жабры, которые могут забиваться частичками TSS, что может привести к их гибели.
TSS можно регулировать:
Обилие взвешенных частиц может быть следствием перекорма ваших рыбок, перенаселения аквариума (много отходов жизнедеятельности рыбок и, как следствие, бактерий), гибели листьев растений (а, значит, что-то в аквариуме не в порядке) или недостаточной фильтрации в вашем аквариуме.
С точки зрения акваскейпинга обилие взвешенных частиц влияет на появление водорослей на листьях, т. к. эти частицы могут осаждаться на листьях растений и, значит, являться местом (субстратом) роста водорослей.
Многими любимый мох и вовсе может погибнуть от обилия TSS на листьях и стеблях.
Исходя из этого, в акваскейпах профессионалов редко можно увидеть одновременно большое количество рыб (тем более крупных) и обилие мха.
Степень фильтрации аквариума оценивается не только с позиции объёма фильтрующего наполнителя (media), но и по мощности течения из фильтра. Так, присутствие большого количества взвешенных частиц может говорить и о недостаточном течении в аквариуме. Не забудьте позаботиться и об этом. Например, своевременно промывать фильтр, менять наполнители.
Думаю, с TSS разобрались.
TDS (объём растворённых солей)
gH + kH + Нитраты + Нитриты + Хлориды + Хлорамины + Сульфаты + Фосфаты + Аммоний + Карбонаты + Бикарбонаты + другие соединения (удобрения, кондиционеры для воды, лекарства для рыб).
Инструментально измеряемый параметр воды, показывающий сколько всяких химических добавок растворено в воде.
Например, с помощью него можно понять, насколько вода жёсткая или мягкая (но это не является оптимальным параметром для такого анализа), насколько хорошо растения потребляют добавляемые в воду удобрения.
По количеству растворённых солей выделяются следующие категории:
Особенно высокое значение TDS может быть признаком низкого качества воды.
Зачем надо знать TDS и где это применяется?
Первое и, наверное, самое важное — это химическая чистота исходной воды. Почти все профессиональные акваскейперы используют фильтры обратного осмоса для создания своих аквариумов.
Это специальные фильтры, устанавливающиеся в магистрали водопровода вашего дома или квартиры, наподобие обычных бытовых фильтров, с той лишь разницей, что пить такую воду нельзя и она используется в специализированных целях, одна из которых, как раз, аквариум с растениями.
Фильтры обратного осмоса очищают водопроводную воду до состояния почти дистиллированной.
Степень очистки воды контролируется как раз параметром TDS.
Обратноосмотический фильтр состоит из префильтров: фильтра механической очистки и угольного фильтра, а также мембраны — основного элемента обратноосмотического фильтра.
Префильтры служат в качестве защиты мембраны для увеличения её срока работы.
При TDS из водопровода
300 картридж угольного фильтра расходуется в течение недели, картридж механической очистки — в течение двух недель, а вот состояние мембраны можно оценить только по TDS.
4. Когда значение TDS воды после фильтра (обычно измерение делается на выходе из мембраны) начинает расти даже с учётом новых фильтров, значит, близится время замены мембраны на новую.
Обычно, после мембраны устанавливаются фильтры с деионизирующей смолой. Он “добивает” остаточный TDS после мембраны с 3-4 до 0 ppm.
Я рекомендую использовать именно такую воду (0 ppm) в растительных аквариумах, т. к. оставляя TDS после осмоса на значении отличном от нуля, мы не знаем, что же остаётся в этой воде, т. к. мы видели ранее, что TDS состоит из большого количества различных составляющих.
Состояние ионообменных смол также контролируется с помощью TDS. Таким образом, при использовании воды после обратного осмоса TDS мы контролируем дважды.
После мембранного фильтра и после ионообменных смол.
Компания SpectraPure предусмотрела необходимость часто измерять TDS, поэтому встроила в свои фильтры электронные TDS-метры. В некоторых фильтрах этой фирмы их даже два.
Воду с каким TDS лучше всего использовать в растительном аквариуме?
Это зависит от удобрений, которые вы планируете использовать в вашем аквариуме, и от планируемых рыбок и растений.
Например, рыбки озера Танганьика живут в природе в воде с TDS
400 ppm, рыбки реки Амазонки (например, всем известные Неоны — Paracheirodon axelrodi) с TDS близким к 0. Так, TDS (здесь это можно приравнять к жёсткости воды gH — что это такое будет ниже) является одним из определяющих факторов будущих жителей аквариума.
Т. к. фильтры обратного осмоса очищают воду максимально, оставляя лишь молекулы H20, значит, и ничего полезного в воде для растений тоже не остаётся. Таким образом, необходимо озадачиться добавлением удобрений с самым широким спектром макро- и микроэлементов (спектром, а не концентрацией).
Здесь можно выделить две больших категории удобрений: которые подходят для использования в чистом осмосе и которые не подходят.
Для осмоса точно подходят удобрения компаний:
Остальные удобрения с ремаркой “надо пробовать”.
Я никогда не стеснялся говорить своим клиентам “я не знаю, надо пробовать”, потому что аквариумистика — это хобби, не имеющее жёстких правил, все советы являются лишь рекомендациями.
Удобрения других фирм-производителей я рекомендую использовать с водой TDS
Как приготовить воду с необходимым TDS?
Многие используют именно второй метод из-за его дешевизны: можно покупать более простые удобрения (которые не используются в осмосе) и не надо покупать реминерализаторы.
Я рекомендую первый способ. Он позволяет полностью контролировать параметры исходной воды.
Какой TDS нужен именно вашему аквариуму?
Составьте список жителей аквариума:
Посмотрите, какой параметр TDS оптимален для каждого из них (какой он у них в природе — возможно, поиск такой информации займёт немало времени) и выберите среднее значение. Возможно, от кого-то из выбранного населения придётся отказаться.
Если Вы планируете содержать креветок, особенно озаботьтесь значением TDS приготавливаемой воды. Минимальное значение TDS для содержание креветок
100. Безусловно, есть случаи удачного содержания креветок и в воде с более низким содержанием солей в аквариуме, но это скорее исключение, чем правило.
TDS — это инструментально измеряемый параметр воды, поэтому с помощью электронного TDS-метра можно проводить измерения этого параметра в вашем аквариуме (да и, например, для измерения этого параметра в вашем водопроводе или после бытового фильтра, для человека вода с высоким TDS тоже вредна).
Идеально, если вначале недели и в конце (перед подменой воды), в вашем аквариуме будет одинаковое значение этого параметра. Это будет означать, что удобрения потребляются в полном объёме, не накапливаются в аквариуме, а, значит, у водорослей есть лишь минимальные шансы для роста.
Тело рыбок содержит воду и находятся они в воде. Клетки рыбок разделяют эти две воды, но при этом они являются полупроницаемыми. Вода с более высокой концентрацией (более плотная) будет пытаться пройти в воду с более низкой концентрацией (менее плотную), пока они не станут равными.
Если бы рыба не могла каким-то образом контролировать этот естественный поток, она бы либо быстро обезвоживалась, либо взрывалась. Но рыбы способны контролировать это посредством осморегуляции, сложной серии химических процессов.
Почки в основном работают над устранением избытка воды, но другой функцией является сохранение и реабсорбция незаменимых солей. Оба процесса работают для поддержания определенного баланса соли и воды.
Таким образом, высокое осмотическое давление (вызванное повышенным уровнем TDS за пределами естественного ареала рыбы) переполнит рыбу избытком воды и перегрузит почки, в то время как низкое осмотическое давление (вызванное уровнями TDS ниже уровней естественного ареала рыбы) лишит рыбу воды, вызвав обезвоживание.
TDS также влияет на скорость проникновения воды в рыбу через осмос. «Чистая» вода очень быстро проходит через клетки рыбы, а вода с некоторым количеством TDS будет двигаться медленнее. Рыбы используют свои почки, чтобы откачать эту воду.
Почки рыб, которые встречаются в жесткой воде, не должны работать очень усердно. Рыбы с мягкой водой построены так, чтобы жить в воде, которую они быстро поглощают, чтобы вывести токсины.
Маленькая тетра будет мочиться более чем в три раза больше своего веса каждый день.
Но чем выше TDS, тем труднее сделать это для рыб, поэтому токсины остаются в их организме дольше.
Лучшие TDS-метры
Проверенные лично TDS-метры, которые можно заказать с бесплатной доставкой на aliexpress. Лично я использую прибор от Xiaomi.
Связь между TDS и gH (общая постоянная жёсткость воды)
Как мы уже знаем, TDS в себя включает множество различных солей и измеряя только лишь этот показатель, мы не имеем достаточно информации, чтобы понимать, какая же у нас вода. Поэтому удобно измерять показатели, входящие в TDS, каждый отдельно (конечно, при необходимости).
gH является одним из основных составляющих TDS — это совокупность солей Кальция и Магния. Обычно они представлены Сульфатами и Хлоридами. Это важно при использовании реминерализаторов осмосной воды. Обращайте внимание, чтобы соли были представлены именно сульфатами.
Говоря о том, жёсткая вода или мягкая, имеют ввиду именно показатель gH. Поэтому жёсткость воды, содержащей в себе лишь соли реминерализаторов (допустим, свежеприготовленная вода), можно измерять с помощью TDS-метра, а не капельным тестом.
Роль Кальция и Магния в растительном аквариуме
Кальций является одним из важнейших элементов для растительного аквариума, играя очень важную роль в метаболизме водных растений. Кальций активирует энзимы (ферменты), является структурирующим элементом для клеточных стенок, влияет на движение воды в клетках и является необходимым элементом для роста и деления клеток.
Дефицит кальция приводит к замедлению роста стеблей, а также корней.
Симптомы варьируются от искажённых, искривлённых молодых листьев до чёрных пятен на листьях, также возможно пожелтение листьев по краям.
Поскольку кальций не ретранслируется на новые листья, то и симптомы дефицита обычно появляются сначала на них, правда, не всегда. Бледные пятна или общее побеление листа (пожелтение) также могут быть признаками недостатка кальция.
Дефицит кальция приводит к нарушениям функционирования корней и может быть причиной отравления железом.
По сообщениям многих аквариумистов, в том числе и Дианы Вальштадт, оптимальным соотношением Ca:Mg является 4:1, но не менее Ca (20-30) — (5-8). Несмотря на это, производители в своих удобрениях (не реминерализаторах) могут использовать и другие соотношения Ca:Mg, вплоть до 1:1.
Однако, один аквариумист из Аргентины, проведя множество опытов с удобрениями и подбором оптимальных параметров воды для аквариумов с растениями, утверждает, что соотношение должно быть не 4:1, а, наоборот, 1:4.
Я лично экспериментировал с завышением уровня магния в воде, добавляя его столько, чтобы значение было в 4 раза больше, чем кальция, но не увидел каких-то кардинальных отличий в результатах. Возможно, для перестроения аквариума на новые параметр соотношения Ca:Mg необходимо гораздо больше времени, нежели давал его я.
Межжилковый (межклеточный) хлороз, иногда в форме точек, начинается на кончиках и краях, затем распространяется к центру, не затрагивая центральную жилку листа. Со временем симптомы дефицита магния распространяются и на молодые листья.
Другие источники предполагают, наоборот, что симптоматика начинается на молодых и средних листьях. Листовые зоны, затронутые хлорозом, могут изменять цвет с жёлтого цвета на коричневый (или даже на лиловый и красный).
В случае серьёзного дефицита магния может случиться некроз и активный листопад.
Иногда листопад случается и без предварительной симптоматики.
Есть источники, утверждающие, что и молодые листья могут изгибаться и их размер может уменьшаться.
Недостаток магния может быть вызван недостаточностью его отдельного внесения или высоким уровнем кальция, калия или натрия. И, наоборот, избыток калия или кальция блокирует потребление магния, вызывая его недостаток в растениях.
Из личного опыта: последние три года я работал в галерее аквариумов @forms_of_life_moscow и там я использовал чистый осмос с TDS
0 и с удобрениями ADA, без дополнительной реминерализации исходной воды. Описываемых проблем с недостатком Кальция или Магния я не наблюдал ввиду того, что эти удобрения содержат в себе и Кальций и Магний. Так, используя максимально комплексные удобрения (ADA, Tropica, Prodibio), можно не добавлять Кальций и Магний, они скорее всего уже будут входить в состав.
Карбонатная жёсткость dKH
А теперь несколько слов о самом сложном параметре воды — временная жёсткость (карбонатная жёсткость).
Здесь я не буду много писать про этот параметр, т. к. углублённое его описание — целая отдельная статья.
dKh — общее содержание в воде карбонатных и гидрокарбонатных ионов. И жёсткостью dKh можно назвать лишь в случае, если это карбонат кальция или карбонат магния, т. е. при добавлении карбонатов добавляется ещё кальций или магний, выделяемые в воду при их реакции с кислой средой.
Правильно этот параметр называть “щёлочность”. Также этот параметр называют буфером. Как ни странно, но это не связано с рН воды, который говорит о том, какая среда в аквариуме, щелочная или кислая.
Щёлочность — способность воды удерживать стабильный рН (не допускать скачков рН — именно поэтому dKh столь важный параметр). Это важно учитывать при интенсивной подаче углекислого газа.
Активное насыщение углекислым газом может привести к резкому падению уровня рН (сдвиг в кислую среду), чтобы этого не происходило в осмотическую воду необходимо добавлять карбонатный буфер dKh. Чем выше dKh, тем стабильнее рН, но и тем больше необходимо подавать углекислого газа СО2, чтобы сместить его значение на одну и ту же величину (именно поэтому dKh не должен быть высоким).
Выше я писал, что реминерализировать воду можно с помощью солей gH и kH, либо только gH. Как понять, какой из реминерализаторов использовать?
Если вы используете грунт аквасойл (например ADA Amazonia), в нём уже содержится буфер, но не щелочной в виде карбонатов, а кислотный в виде гуминовых кислот, за счёт чего уровень рН всегда будет понижаться и удерживаться на значении
6,7 (оптимальный уровень рН в аквариуме 6,6-6,8) в аквариуме с таким грунтом.
Так, в аквариумы с грунтом типа Soil нет необходимости дополнительно подавать буфер, а при использовании комплексных удобрений с кальцием и магнием в составе и добавлять gH также нет необходимости.
Замечено, что в природных водах уровень dKh обычно не превышает уровень dGh, но gH может быть и в 1,5-2-3 раза быть выше dKh.
Мои рекомендации по параметрам dGh и dKh
Не увлекайтесь чрезмерным повышением жёсткости и буферности воды.
Преимущества мягкой воды с использованием грунтов типа Soil: добавляется меньше СО2 для достижения необходимых показателей рН, добавляется меньше удобрений в виду того, что в мягкой и кислой среде лучше усвояемость элементов растениями. Растения выглядят аккуратно, стройно, декоративно (как в аквариумах Амано: растения словно нарисованы мелкой аккуратной кистью).
Более подробно об удобрениях в растительном аквариуме читайте в другой моей статье!
Преимущества жёсткой воды (TDS >170-200):
Недостатки:
Исходя из всего изложенного, становится ясно, почему многие профессиональные акваскейперы используют осмотическую воду для своих аквариумов, используют Soil, не добавляют никакие реминерализаторы и пользуются удобрениями ADA, Tropica, Prodibio.
Содержат рыбок, подходящих только под мягкую и кислую среду (живут в природе с низким содержанием солей) и достигают в итоге превосходных результатов в своих аквариумах.
Компания ADA содержит свои аквариумы с параметрами dKh
1-2, TDS чем меньше, тем лучше, иногда не превышая 50 мг\л (ppm). Насколько я знаю, они не используют реминерализаторы, т. к. такие параметры воды в Японии из-под крана.