Жесткость воды является одним из важнейших показателей качества воды, так как она серьёзно влияет на здоровье рыб. Несмотря на это, ей не уделяется должное внимание, и чаще всего, аквариумисты никогда не проводят диагностику данного параметра. Жесткость воды оказывает выраженное воздействие на рН среды, который, в свою очередь, влияет на токсичность многих веществ. В частности, даже у ухоженном аквариуме при низкой жесткости может наблюдаться повышенное содержание нитратов. Кроме того, сопутствующие колебания кислотности серьёзно сказываются на осморегуляции и осмотическом давлении рыбок.

Что такое жесткость воды ?

В воде, которая течет из наших кранов, растворено большое количество разных веществ. Жесткость характеризуется концентрацией в воде двухвалентных ионов металлов, таких как кальций, магний, железо, цинк и т.д. В основном, они накапливаются, когда дождевая вода просачивается через камни. Большую часть жесткости в воде составляют кальциевые и магниевые соли, с незначительной примесью других металлов.

Два вида жесткости

Некоторую путаницу в этот вопрос вносит наличие двух типов жесткости, что следует принять во внимание. К ним относится постоянная жесткость и уровень щелочей, который часто упоминается как уровень карбонатов или временная жесткость. В совокупности они называются общей или суммарной жесткостью.

Под уровнем щелочей подразумевается жесткость, появляющаяся вследствие накопления ионов карбонатов и бикарбонатов. Данный показатель непосредственно влияет на растворимую емкость воды. Он также называется уровнем карбонатов или временной жесткостью, потому что нейтрализуется обычным кипячением воды. Результатом высокой временной жесткости является, в частности, накипь в чайниках.

Постоянная жесткость характеризуется концентрацией таких ионов как нитраты, сульфаты, хлориды и т.д., которые не удаляются из воды простой процедурой кипячения. В основном они не влияют на буферизацию воды, но могут влиять на уровень рН.

В следствие того, что величина постоянной жесткости достаточно мала, уровень общей жесткости воды ненамного выше величины временной жесткости (выражается как количество СаСО₃ на литр воды).

Хотя существует тесная связь между буферной емкостью и жесткостью воды, следует помнить, что первая связана с концентрацией карбонатов и бикарбонатов, в то время как последняя, в основном, определяется наличием ионов кальция и магния. В свою очередь, взаимосвязь двух данных показателей вызвана тем, что жесткость в основном является производной кальциевых и магниевых карбонатов.

Из вышесказанного можно сделать вывод: жесткая вода имеет большую буферную ёмкость по сравнению с мягкой. Тем не менее, иногда даже жесткая вода обладает низкой буферизацией, например, при очень высокой постоянной жесткости. Случается и обратная ситуация, когда мягкая вода, имеющая  высокий уровень натриевых и калиевых карбонатов, но не кальциевых и магниевых, обладает высокой буферной емкостью. Очевидно, наиболее простым методом контроля обоих типов жесткости является диагностика воды при помощи различных тестов.

Карбонатная, бикарбонатная и CO₂ буферные системы

Исходная кислотность воды определяется манипуляциями и типом веществ, которые аквариумист добавляет в неё перед запуском системы, а также химическими и физическими процессами, происходящими с водой до момента её поступления в кран. После попадения в аквариум вода находится под воздействием других факторов, например, фотосинтеза, дыхания растений и животных. Благодаря буферным механизмам, естественные процессы, происходящие в искусственной биосистеме, не вызывают серьёзных колебаний рН среды.

Наиболее простые буферные системы включают карбонаты, бикарбонаты и углекислый газ. Данные вещества способны поглощать избыточное количество ионов водорода, тем самым, не допуская повышение кислотности, либо выделяют их в среду, повышая её p.
CO₂ + H₂O —> H₂CO₃—> HCO^— + H⁺—> CO₃^2- (в осадке) + 2H⁺

Это уравнение демонстрирует превращение углекислого газа, выделяемого живыми существами, в угольную кислоту (Н₂СО₃). Во время повышения рН среды, например, при фотосинтезе растений, угольная кислота разлагается на бикарбонаты и ионы водорода (НСО₃^— +Н⁺). Ионы водорода являются кислото-формирующими ионами и поэтому противодействуют защелачиванию. Дальнейшее возрастание рН приводит к диссоциации бикарбонатов, которые осаждаются и выделяют ионы водорода (CO₃^2- (в осадке) + 2H⁺). При активном закислении среды буферные механизмы начинают функционировать в обратном порядке. В сбалансированном аквариуме, в котором уровень рН находится в диапазоне 7-8, присутствуют все вещества из уравнения с доминированием бикарбоната (СО₂). Карбонат начинает преобладать в среде, когда рН превышает 9 единиц.

Буферная емкость воды зависит от общего количества карбонатов и бикарбонатов. Вода с низким содержанием этих ионов очень быстро теряет способность противодействовать изменениям кислотности.

Какой уровень жесткости является оптимальным ?

Данный вопрос довольно непростой, потому что каждый вид рыбок предпочитает среду с определенными показателями воды. Кроме того, аквариумиста может смутить наличие различных единиц измерения жесткости. Наиболее часто, как для временной, так и для постоянной жесткости, используется концентрация карбоната кальция (СаСО₃) в миллиграммах на литр воды. В некоторых случаях, например, в случае компании «Тетра», применяется, так называемая, «Германская жесткость», которая измеряется в °dH. Обе единицы измерения приведены в таблице 1.

Для того, чтобы перевести из °dH в концентрацию CaCO₃, умножьте на 17,9.

Жесткость воды и здоровье рыб

Различные виды рыб предпочитают воду со специфическим показателем жесткости. Для многих аквариумных рыб, таких как Кои и золотые рыбки, больше всего подходит вода средней жесткости. Из таблицы 1 видно, что оптимальным уровнем для большинства рыб является диапазон от 100 до 300 мг СаСО₃ на литр.

Здоровье рыб зависит от жесткости воды, так как она влияет на их осморегуляцию. Обитая в водной среде, рыбки постоянно находятся под влиянием растворенных в ней веществ. В следствие осмоса, у пресноводных рыбок наблюдается постоянный приток воды в организм, в то время как морские рыбы живут с постоянным оттоком воды.

Для того, чтобы снизить воздействие постоянного перемещения воды извне и внутрь своего тела, рыбам приходится контролировать концентрацию жидкостей внутри себя – данный процесс называется осморегуляцией. Чем больше разница между концентрацией жидкостей снаружи и внутри рыбы, тем больше осмотический эффект. Так как жесткая вода более концентрированная, чем мягкая, данная разница будет меньше, и, как следствие, приток воды будет ниже, а значит, рыбе проще осуществлять осморегуляцию. Это особенно важно для противодействия развитию бактериальных язв, которые являются следствием проникновения большого количества воды в раны рыб.

Жесткость воды и лечение болезней

Жесткость воды серьезно влияет на процесс лечения некоторые болезней рыб, что необходимо иметь в виду при расчете дозы лекарств. Пожалуй, самым чувствительным лекарством является хлорамин-Т, который довольно токсичен в мягкой воде с высокой концентрацией кислот.

Как изменить жесткость воды ?

В первую очередь, следует учесть, что процесс нитрификации постоянно снижает концентрацию щелочей в воде, поэтому необходимо постоянно наблюдать за жесткостью воды и проверять её хотя бы один раз в месяц. Если уровень щелочей или общая жесткость падает ниже оптимального уровня, то они могут быть восстановлены добавлением кальцийсодержащих веществ, таких как перемолотые ракушки устриц, в фильтр, или добавлением дополнительного раствора в воду. Если уровень щелочей слишком низкий, то в среду добавляют раствор карбоната. Если общая жесткость воды слишком низкая, тогда следует добавить раствор кальция или магния.