Твърдостта на водата и здравето на рибите

[torsade]

Твърдостта на водата и здравето на рибите
от Frank Prince Iles

(по-добре изчакайте Боби да я редактира, че се страхувам малко от някои моменти - например алкалността, наречена временна твърдост...)

От гледна точка на рибите твърдостта на водата е един от най-важните показатели за нейното качество, доколкото засяга много страни от здравето им. Въпреки нейната важност за здравето на рибите и за качеството на водата, темата за твърдостта е често лошо разбрана. Наистина, много любители на риби никога на проверяват този показател. Това важи особено за собствениците на басейни, за които твърдостта има особено значение поради високите нива на нитрификация, които са налице в добре зарибеният басейн.

Твърдостта на водата има водещо въздействие върху стойността и стабилността на рН. Тя засяга токсичността на много вещества, включително на някои лечебни препарати. Има основен ефект и върху осмотичната регулация на рибите, процес, който, както помните, е от жизнено значение за здравето им.

Та какво е твърдост на водата?
Преди водата да достигне до нашите кранчета, в нея се натрупват множество разтворени вещества. Твърдостта е мярката за  концентрацията на двувалентните метални йони като калций, магнезий, желязо, цинк и др., които обикновено постъпват в дъждовната вода, докато прониква през скалите. В повечето води тя е съставена предимно от калциеви и магнезиеви соли, само със следи от други метали. 
Два вида твърдост:
Темата може малко да се обърка от това, че са на лице два вида твърдост, които трябва да отчитаме. Това са постоянната твърдост и алкалността (???) (често наричана карбонатна или временна твърдост). Сумата от двата типа твърдост се нарича обща твърдост.
Алкалността се отнася до твърдостта, произтичаща главно от карбонатните и бикарбонатните йони и директно засяга буферния капацитет на водата. Тази форма на твърдост се нарича още карбонатна или временна твърдост, защото може да бъде утаена и  премахната чрез преваряване на водата. Тя оставя коричките от варовик по чайниците и душовете!
Постоянната твърдост измерва йони като нитратните, сулфатните, хлоридните и др., които не се премахват чрез преваряване. Повечето от тях нямат отношение към буферирането, но могат за засегнат стойностите на рН.
В повечето водоизточници стойностите на общата твърдост и алкалността (като мг/л CaCO3) обичайно са близки, защото карбонатите обичайно преобладават и стойността на постоянната твърдост обичайно е доста малка.
Въпреки, че има много близка връзка между твърдостта на водата и буферният капацитет, трябва да стане ясно, че твърдостта е продукт главно на калциевите и магнезиевите йони, докато буферният капацитет е продукт на карбонатните и бикарбонатните йони. Причината двете да са тясно свързани се дължи на факта, че твърдостта основно е резултат от калциеви и магнезиеви карбонати.
Така че, като основно правило, твърдата вода е обикновено добре буферирана, а меката не е. Но трябва да се има предвид, че поради различният състав на водата, е възможно да има слабо буферирана твърда вода, напр. вода, в която постоянната твърдост преобладава, или мека вода, която е добре буферирана – напр. вода с  големи количества калиев или натриев карбонат (а не калциев или магнезиев). Очевидно  простият начин да установите състава на водата във водопровода или басейна (те може да не са еднакви) е да изследвате и двата типа твърдост. Предлагат се широко достъпни тестове и за двете.   
Буферната система въглероден диоксид/бикарбонати/карбонати
Началното рН на водата се определя от типа на разтворените съставки, въпреки, че те могат да бъдат променени много от водната компания, преди водата да протече през крана. Обаче след като достигне басейна или аквариума, рН на водата се повлиява и от други фактори като дишането на растенията или животните и фотосинтезата на растенията. Без някаква форма на буфериране тези естествени процеси биха причинили големи всекидневни колебания на рН.
Най-обичайната буферна система е тази - въглероден диоксид/бикарбонати/карбонати. По същество тя стабилизира рН чрез задържане на излишъка от водородни йони и освобождаването им обратно, когато нивото им падне, така че рН остава почти постоянно.
CO2 + H2O H2CO3 HCO- + H+ CO32- (неразтворим) + 2H+
Това, което ни казва уравнението (от ляво на дясно) е, че въглеродния диоксид, отделян от рибите и растенията, се разтваря във водата и образува въглеродна киселина (H2CO). Ако нивото на рН се повиши и водата стане по-алкална (от фотосинтезата на растенията), въглеродната киселина дисоциира до бикарбонатен и водороден йон (HCO3- + H+). Водородните йони са тези, които формират киселинността и увеличаването им противодейства на нарастването на алкалността.  Ако рН продължи да расте, бикарбонатните йони дисоциират до неразтворим карбонат и освобождават още водородни йони (CO32- (неразтворим) + 2H+), които противодействат на алкализацията. Неразтворимият карбонат образува варовиковия слой, покриващ дъното или стените на басейна (или на чайника). Ако нивото на рН започне да пада, процесът се обръща. При нормално рН за езерцето 7-8, във водата ще е налице някакво количество от всички споменати горе йони, като бикарбонатите ще преобладават. Карбонатите ще доминират при рН над 9.
Буферният капацитет на водата зависи от общото количество налични бикарбонати и карбонати. Вода, в която нивото на тези йони е ниско, бързо ще загуби способността си да се противопоставя на колебанията на рН.
Колко твърдост?
Всеки вид риби има свои предпочитания за твърдостта на водата, но понеже в момента се използват  няколко единици за нейното измерване, може да стане объркване. Най-често използваният метод измерва и алкалността и общата твърдост в милиграми на литър (мг/л) калциев карбонат (CaCO3). Друг обичаен начин на измерване, използван от Тетра, е немската твърдост, измервана в немски градуси °dH. Двата вида единици са сравнени в Таблица 1.
Таблица 1: Обичайни стойности на твърдостта на водата
вода         калциев карбонат (мг/л)      °dH
мека         0 – 75               0° - 4°
умерено твърда      75 – 150            4° - 8°
твърда         150 – 300            8° - 16°
много твърда      >300               > 16°
За да превърнете °dH в CaCO3, умножете по 17,9.
Здравето на рибите и твърдостта на водата:
Различните видове имат различни изисквания за твърдостта, затова е важно да знаете коя е най-добрата твърдост за вашите риби. За повечето езерни риби като кои и златни рибки най-подходяща е умерената до твърдата вода. От Таблица 1 се вижда, че оптималната твърдост за повечето езерни риби е 100 - 300 мг/л CaCO3.
Твърдостта засяга здравето на рибите, понеже повлиява осмотичната регулация. Като отворени системи, рибите се влияят от състава на заобикалящата ги вода. Като следствие на осмозата, сладководните риби са подложени на непрекъснато навлизане на вода, а морските – на непрекъснато извличане на вода от тялото.
Рибите трябва да поддържат постоянна концентрация на телесните си течности срещу навлизащата или напускаща тялото им вода – процесът се нарича осморегулация. Колкото по-голяма е разликата в концентрациите на телесните флуиди и заобикалящата вода, толкова по-голям е осмотичният ефект. Понеже твърдата вода е по-концентрирана от меката, тази разлика ще е по-малка и количеството на навлизащата вода ще е по-малко, следователно рибата ще извършва по-малко работа за осморегулацията. Това е особено важно в случай на бактериално разязвяване, понеже водата може да навлезе лесно в откритите тъкани.
Твърдостта на водата и лечението на заболявания:
Някои обичайни лечебни средства при рибите се влияят от твърдостта на водата и тя трябва да се отчита при изчисляване на дозата. Вероятно най-чувствителен е хлорамин-Т, който е доста токсичен в мека, кисела вода.
Как променяме твърдостта на водата?
Първо, понеже нитрификацията постоянно намалява алкалността, важно е твърдостта да се следи редовно – примерно веднъж месечно. Ако алкалността или общата твърдост спаднат под оптималното ниво, могат да бъдат  възстановени или чрез добавяне на калций–съдържащ източник като натрошени мидени черупки във филтъра или чрез добавянето на още буфер във водата. Ако алкалността е твърде ниска, добавете карбонатен буфер. Ако е много ниска общата твърдост, добавете калциев или магнезиев буфер.