Twój koszyk

Twój koszyk jest pusty

Czytelnia

Rynek Akwarysty

Zaloguj się



rysunek0001Chemiczny zawrót głowy. Część II .Metody oczyszczania i zmiękczania wody - dr inż  Aleksandra Kwaśniak

Destylacja

W procesie destylacji woda jest ogrzewana do wrzenia, a powstająca para wodna jest kondensowana i zbierana. W zależności od destylatora otrzymana z niego woda może mieć przewodność elektrolityczną na poziomie ok. 1 μS/cm, bezpośrednio po destylacji jest sterylna jednak bez specjalnego wyposażenia i przechowywania szybko tę sterylność traci. Destylacja jest procesem powolnym, co zmusza do gromadzenia i przechowywania wody do późniejszego jej użycia. Jeżeli nie zostanie dobrze zabezpieczona, rozpuszczają się w niej substancje lotne (dwutlenek węgla, amoniak oraz różnorodne związki organiczne), powodując wtórne zanieczyszczenie. Jeżeli pojemnik do przechowania nie jest wykonany z obojętnego materiału, jony oraz plastyfikatory z tworzywa zostaną wypłukane z pojemnika i zanieczyszczą wodę.
Woda redestylowana (woda podwójnie destylowana) – woda poddana dwukrotnie destylacji w celu usunięcia zanieczyszczeń pozostałych po pierwszym procesie. Jednak nawet tak oczyszczona woda zawiera pewną ilość rozpuszczonych związków chemicznych. Woda redestylowana jest znacznie droższa od wody demineralizowanej (dejonizowanej), lecz w niektórych przypadkach np. w farmacji musi być stosowana.

Dejonizacja

W procesie dejonizacji wody wykorzystuje się wymianę jonową. Substancje, które mają zdolność wymiany jednych jonów na drugie, nazywamy jonitami lub wymieniaczami jonowymi. Wymiana jonowa jest procesem odwracalnym, co oznacza, że jonity mogą być regenerowane. Proces wymiany jonowej polega na wymianie zawartych w jonicie jonów wodorowych H+ i wodorotlenowych OH- na kationy np. Ca2+ i aniony np. HCO3-. Po pewnym czasie wszystkie jony H+ i OH- w żywicy zostaną wymienione, taki wkład będzie wymagał wymiany na nowy lub regeneracji. To, czy złoże nadal pracuje, sprawdzamy, badając twardość wody po przejściu przez żywice. Przy użyciu żywicy o wysokim stopniu czystości, praktycznie wszystkie związki jonowe zostaną usunięte z wody, dając maksymalną przewodność ok. 0,055 μS/cm (w 25°C). Często jednak w akwarystyce ze względu na łatwość regeneracji (przy użyciu soli kuchennej) używa się żywic, które wymieniają jony sodu (Na+) na jony Ca2+ i Mg2+. W takiej sytuacji, spada twardość ogólna wody (żywica zatrzymuje jony Ca2+ i Mg2+), jednak nie zmniejsza się jej zasadowość (w rozworze pozostają wodorowęglany (HCO3-) i przewodność (do wody trafiają jony sodu), trzeba mieć to na uwadze, gdy woda ma być użyta w akwariach tarliskowych z rybami wymagającymi niskiego zasolenia (przewodności wody). W związku z tym, że taka żywica nie zmniejsza zasadowości wody (mierzonej testem na twardość węglanową wody), tworzącej system buforowy, będziemy nadal mieć problem z obniżeniem jej pH.

Czasem spotykam się z pytaniami dotyczącymi zastosowania wody deszczowej w akwarystyce. Jest to woda miękka, o odczynie wynoszącym ok. 5,6 (na skutek rozpuszczania się w niej CO2) lub niższym, gdy rozpuszczą się w niej obecne w atmosferze zanieczyszczenia takie jak związki siarki i azotu, które ją silnie zakwaszają (kwaśne deszcze). Niski odczyn deszczówki sprzyja również rozpuszczaniu się w niej metali ciężkich, które unoszą się w atmosferze związane w różnych pyłach. Generalnie, na skutek dużego zanieczyszczenia atmosfery, stosowanie takiej wody nie jest dobrym rozwiązaniem, jeżeli już się na to zdecydujemy, to należy łapać deszcz po jakimś czasie od rozpoczęcia opadu, gdy ten najbrudniejszy, „pierwszy deszcz” oczyszczający atmosferę już spadnie. W dużych ośrodkach miejskich z tej metody pozyskiwania wody należy raczej zrezygnować. Deszcz może mieć również odczyn zasadowy np. w rejonie cementowni.
Odczyn wody można też obniżyć, stosując specjalne preparaty akwarystyczne, w skład których wchodzą kwas ortofosforowy lub solny. Należy jednak pamiętać, że im większa jest twardość węglanowa/zasadowość** wody, tym więcej takiego preparatu zużyjemy, aby osiągnąć zamierzony cel. Dodatkowo w przypadku preparatów z kwasem ortofosforowym mogą one stać się istotnym źródłem fosforu w akwarium, zwłaszcza gdy, jak wspomniałam, zastosujemy znaczne jego ilości. Gdy już mówimy o firmowych produktach, to nie sposób nie wspomnieć o gotowych wyciągach z torfu czy kory dębu. Jest to szybsza, w stosunku do filtrowania przez torf, metoda służąca do otrzymania czarnej wody. Takie preparaty są dobre i skuteczne pod warunkiem, że będziemy pamiętać, iż użycie ich w wodzie o znacznej twardości spowoduje zużycie części lub całego produktu na wiązanie obecnych w akwarium jonów Ca2+ i Mg2+, co objawi się powstawaniem brązowego osadu. Oczywiście w takim przypadku produkt będzie nieskuteczny, aby działał, trzeba przed jego użyciem obniżyć twardość ogólną i węglanową wody.

Odwrócona osmoza w pigułceStan przed procesem osmozy

W celu lepszego zrozumienia, na czym polega odwrócona osmoza, najpierw muszę wyjaśnić na czym polega osmoza. Jest to proces, w którym rozpuszczalnik, w naszym przypadku woda, przechodzi przez półprzepuszczalną membranę z roztworu o większym stężeniu do roztworu o mniejszym stężeniu. odwrotnie: rozpuszczalnik przechodzi z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o stężeniu większym (np. komórka umieszczona w wodzie destylowanej „pobiera” wodę i pęcznieje, bo stężenie jej soku komórkowego jest wyższe niż otaczającej wody). Odwrotnie niż przy odwróconej osmozie: tam z wody wodociągowej (wyższe stężenie) zmusza się go (wodę) do przejścia do roztworu o stężeniu niższym (prawie zerowe stężenie rozpuszczonych substancji).  Takimi półprzepuszczalnymi membranami są błony biologiczne, czyli tak naprawdę z osmozą mamy do czynienia każdego dnia, gdyż zachodzi w naszych komórkach, jak widać więc, membrany w filtrach RO to kolejny plagiat natury ;-). Przepływ wody przez membranę trwa, aż wykształci się równowaga osmotyczna – stężenia po obu stronach membrany będą takie same. Co to jest w takim razie odwrócona osmoza?
Proces osmozyTen proces polega na przyłożeniu po stronie membrany, gdzie panuje wyższe stężenie, większego ciśnienia (w przypadku domowych filtrów RO jest to ciśnienie występujące w sieci wodociągowej). W wyniku tego dodatkowego ciśnienia, normalny przepływ osmotyczny zostanie odwrócony – woda będzie przechodzić przez membranę z roztworu stężonego, a rozpuszczone w niej substancje będą zatrzymywane przez membranę (jak na sitku). no właśnie, ten opis jest taki sam jak przy osmozie „normalnej”, więc czym RO miałoby się różnić od O? Obecnie stosowane membrany usuwają 90-98% jonów nieorganicznych, wraz z praktycznie wszystkimi dużymi zanieczyszczeniami niejonowymi, organicznymi i bakteriami.

Dla poszerzenia wiedzy...

Odczyn wody oddziałuje na organizmy wodne w dwojaki sposób. Pośrednio, wpływając na właściwości chemiczne wody np. odczyn zasadowy powoduje przejście jonów amonowych (NH4+) w toksyczny dla ryb amoniak (NH3), odczyn kwaśny zwiększa rozpuszczalność większości metali ciężkich. Wpływ bezpośredni natomiast związany jest z oddziaływaniem na procesy fizjologiczne. Odczyn wody wpływa na aktywność enzymów, w związku z tym pH w komórkach organizmu musi być utrzymywane na stałym poziomie. Pochłania to bardzo dużo energii, tym więcej, im więcej pH wody jest różne od optymalnego dla komórki. Spadek pH krwi ryby poniżej optymalnego powoduje upośledzenie transportu tlenu przez hemoglobinę, prawdopodobnie również zaburzenie transportu jonów przez błony komórkowe.

Przydatne informacje

Preparaty lecznicze, w których substancją czynną jest miedź, są bardziej toksyczne w wodzie kwaśnej.
Toksyczność nadmanganianu potasu (KMnO4) wzrasta wraz ze wzrostem pH wody.
Stosowane w nawozach dla roślin wodnych chelaty charakteryzują się różną stabilnością w zależności od pH wody:
EDTA jest stabilny przy pH<6,5
DTPA jest stabilny przy pH<7
HEEDTA jest stabilny przy pH<8
EDDHMA jest stabilny w zakresie pH 4,0-9,5
Optymalny zakres odczynu wody dla procesu nitryfikacji wynosi 7,5-8,5.

* Obecnie obowiązująca definicja pH mówi, że jest to ujemny logarytm ze stężenia jonów hydroniowych, co zapisujemy pH = -log [H3O+], ponieważ jony wodorowe H+ nie występują samodzielnie w roztworze wodnym. Nadal jednak, często dla uproszczenia, używa się starej definicji pH.
** Testy akwarystyczne mierzące twardość węglanową wody w rzeczywistości mierzą inny parametr – zasadowość. W pewnych warunkach twardość węglanowa jest równa zasadowości, o tym napiszę w jednym z kolejnych numerów „Naszego Akwarium”.

Literatura:
Pluciński T., znik.wbc.lublin.pl/ChemFan/Dydaktyka/pH.html
Kowal A.L. & Świderska-Bróż M., 1997. Oczyszczanie wody. PWN, Warszawa-Wrocław
Lampert W. & Sommer U., 1996. Ekologia wód śródlądowych. PWN, Warszawa
Wierdak W., www.holenderskie.pl/nawozenie/pmdd/