有关水质硬度的辨析

有关水质硬度的辨析, ,一、?

　　

有关水质硬度的辨析

一、? ?? ?? ???也谈硬度在观赏鱼、水草等饲养的老手中几乎无人不知道有关水硬度的问题，论起来更是头头是道。每个人又根据自己的养殖经验各有一套实践理论。笔者这里不敢班门弄斧，大谈一二三四。只是就所知所学，把一些概念理清一些，希望对观赏水族有兴趣的人有所帮助。观赏鱼爱好者一般认为水的硬度就是水的含钙量。水生物对水质是否适应主要取决于此。这种看法有一定道理，但有所谬误，也片面了些。水是一种很好的溶解液，其中溶解了很多种有机物和无机物。水中有大量的离子和分子存在。这是一个非常复杂的系统。其间互相影响，互相制约。哪一种指标也不是单独作用的。再加上如温度等的物理性质，作用起来就更加复杂。在认识某一指标之前，我们还是先整体的认识一下水，认识一些相关的指标。二、? ?? ?? ???水中的主要离子水中溶存数量多的离子称为主要离子。无论是海水还是淡水，水中的主要离子都是K+、Na+、 Ca2+、 Mg2+、CO32-、 HCO3-、SO42-、Cl-等。其数量约占水中溶解盐类的90%以上。不过，各种天然水中主要离子的总量及比例关系，却可有极大的差别。如果按主要离子总量不同，天然水常分为以下四类：含盐量小于1.0克/千克（简作‰）为淡水；含盐量介于1.0-25‰为盐化水（也就是我们常说的半咸水，天津叫两河水）；含盐量介于25.0-50.0‰为海水及具有海水盐度的水；含盐量大于50‰为盐水。若按主要离子的数量比不同，则天然水的情况更加复杂。如按阴离子的多少可以分为碳酸水（CO32-+ HCO3–最多），硫酸水（SO42-最多），氯化水（Cl-最多）。然后再按阳离子的多少分为钙质水（Ca2+最多），镁质水（Mg2+最多），钠质水（Na+最多）。最后再按阴、阳离子当量数的相互关系分类，形成各种类型。说起来非常复杂。专业表示一种水，会用专门的符号表示其类型。如我们常见的海水一般是ClNaⅢ，即表示氯化水，钠组，第Ⅲ型。这对我们了解某种水生物所生活的水质有帮助，在这里不一一赘述，有兴趣的读者可以参考一些相关的资料。对我们有用的一些知识是：河、湖水中，阳离子的数量顺序为Ca2+＞Na+＞Mg2+，阴离子的数量为：CO32-＞SO42-＞Cl-。海水中则为Na+＞Mg2+＞Ca2+，Cl-＞SO42-＞CO32-。值得注意的是以上所说的淡水是自然界的淡水。而目前我们养殖水生观赏生物用的水几乎都是自来水。据目前被奉为金科玉律的《完美水草水族箱》一书记录，德国自来水的离子数量顺序是Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+，HCO3-＞SO42-＞Cl-。其实不仅德国的自来水如此，各地自来水除了离子含量的不同以外，其顺序也大致如此。其钙镁的重碳酸盐都占有相当的比例。三、? ?? ?? ???水的碱度提到碱度可能会与硬度或是酸碱度相混淆。其实这些都是完全不同的概念。碱度是指水中弱酸根能与水中的H+相结合，消耗酸，这种能力习惯称之为水的“碱度”。CO32-造成的碱度叫做“碳酸盐碱度”；HCO3-造成的碱度叫做“重碳酸盐碱度”。以此类推，各种碱度之和则称为“总碱度”。一般淡水的总碱度主要由HCO3-、CO32-构成，其他弱酸根造成的碱度可以忽略不计。碱度的单位有三种：“毫克当量/升”、“毫克CaCO3/升”、德国度（1°=10毫克Cao/升）。单位换算如下：1毫克当量/升=50.05毫克CaCO3/升=2.8德国度=28毫克Cao/升德国度（GH）这一单位在目前的水族杂志使用的非常多，主要是台湾地区的水质信息受到德国的影响十分深远，而大陆地区又多采用了台湾的信息，所以就沿用了过来。还有一种指标称为KH，现在使用也比较多，很多试剂都是KH试剂。很多人认为这就是硬度试剂。其实KH所指的是重碳酸盐碱度。KH 是以阴离子碳酸氢根(HCO3-)当量来计算，可用于表示水中的HCO3-的浓度。KH的重要性是因为与PH有着缓冲关系，这在后面会谈到。四、? ?? ?? ???水的酸碱度水的酸碱度（PH）又是个不陌生的话题。但凡涉足水族深一些的人都会知道PH的重要性。目前很多人还是以酸碱度来判断水质的是否合用。PH值是指水中H+离子浓度（摩尔/升）的负对数。理论上pH＜7为酸性，PH＞7为碱性，仅在pH=7时才是中性。但习惯上，人们对水的酸碱性称呼是：pH6.5-pH8.0称之为中性，pH5.0-pH6.5称为弱酸性，pH8.0-pH10.0为弱碱性，低于pH5.0和高于pH10.0的称为强酸性和强碱性。因此，一些称pH6.8为弱酸性水质的说法未免过于苛刻了。其实习惯上的中性水质正是饲养水族观赏生物的理想水质。五、? ?? ?? ???水的硬度终于说到硬度上了。本来，水的硬度是指水沉淀消耗肥皂的能力。从理论上说，这包括除Ca2+、Mg2+以外的所有金属离子，如Fe、Al、Mn、Sr等离子构成的硬度。Ca2+造成的硬度叫做“钙硬度”（HCa）。Mg2+造成的硬度叫做镁硬度（HMg）。以此类推。各种硬度之和则称为“总硬度”（T.H.）。不过养殖水中其他离子的含量极少，故说，一般淡水的硬度是由Ca2+、Mg2+含量决定的。在天然水中，Ca2+、Mg2+可以形成碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物存在。由前两种形成的Ca2+、Mg2+造成的硬度称为“碳酸盐硬度”（HC）。其中Ca2+、Mg2+重碳酸盐在水煮沸后，即分解成碳酸盐沉淀，析出除去，故相应的硬度又称为“暂时硬度”。由后两种形式Ca2+、Mg2+构成的硬度则称为“非碳酸盐硬度”（HS）。它虽经煮沸，仍不能除去，故又名“永久硬度”。碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度之和也是总硬度。硬度的单位与碱度是一样的，常用的也是三种：即“毫克当量/升”、“毫克CaCO3/升”、德国度（1°=10毫克Cao/升）。可见德国度（GH）既不是硬度，也不是碱度。但它既可以表示硬度，也可以表示碱度。GH只是一个单位而已。一般0-4°称为很软水，4-8°称为软水，8-16°称为中等软水，16-30°称为硬水，30°以上称为很硬水。这与目前水族常用的叫法有所不同，但软水到中等软水是最适宜水族养殖的。碱度与硬度的关系是：当总碱度大于总硬度时，就表明水中的Ca2+、Mg2+均以碳酸盐存在，只有碳酸盐硬度，没有永久硬度。总碱度减去总硬度所得的差数，也称为“负硬度”，意思是这部分HCO3-、CO32-因Ca2+、Mg2+太少，只好以Na+、K+盐形式存在。南方的水质大抵如此。相反，在总硬度大于总碱度时，水中有永久硬度存在，不存在负硬度。北方的水质多半是这样。六、? ?? ?? ???二氧化碳平衡体系硬度的变化离不开HCO3-、CO32-，而HCO3-、CO32-不能孤立存在、独自变化，而是参与构成水中的二氧化碳平衡系统。所以只好顺带提及二氧化碳平衡体系。二氧化碳平衡体系包括以下五种平衡：1.? ?? ? 气态CO2的溶解2.? ?? ? 溶解CO2的水合作用。生成H2CO3，两者合称为游离二氧化碳，其中H2CO3只占约1%；3.? ?? ? H2CO3的电解平衡；4.? ?? ? 中和与水解平衡；5.? ?? ? 与碳酸盐沉淀之间的固液平衡。这五个平衡是互相联系、互相制约的。只有它们的平衡条件同时得到满足，二氧化碳平衡体系才能真正建立。否则，平衡将向某一方面移动，引起下述某些变化，例如：气体CO2的溶解或逸散；Ca2+、Mg2+等金属离子碳酸盐的沉淀或溶解；pH变化；H2CO3、HCO3-、CO32-相互转变。从而影响水的碱度、硬度、缓冲性等等。二氧化碳平衡体系与pH的关系是：pH＜4时，只有CO2；pH＞12时，只有CO32-；pH=8.3时，几乎都已HCO3-存在；pH4.0-8.3之间，则CO2与HCO3-共存；pH8.3-12之间则HCO3-与CO32-共存。所以，

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改变pH是移动二氧化碳平衡体系的有力手段。当然改变CO2分压，改变水中CO32-、HCO3-、Ca2+、Mg2+等的浓度也可以移动这一平衡。
七、? ?? ?? ???水的缓冲体系水体力求保持其pH稳定的能力，称为缓冲作用。水中的缓冲体系有很多种，但一般来讲，CO32-——HCO3-——CO2缓冲体系和Ca2+——CaCO3缓冲体系对水的pH有着决定性的影响。这两者之间又有着一定的联系。CO32-——HCO3-——CO2缓冲体系以二氧化碳平衡体系为基础，在pH较低时，水中HCO3-与CO2共存，对碱的缓冲能力比对酸的缓冲能力强一些。当水中是HCO3-与CO32-共存时，所成的缓冲系统pH较高，对酸的缓冲能力较强。Ca2+——CaCO3缓冲体系简单地说，当pH升高时，CaCO3析出，CO32-浓度减小，从而限制了pH升高的上限。当pH降低时，CaCO3溶解，使HCO3-浓度增大，阻止了pH进一步下降。由于以上平衡解释起来比较繁琐，这里省略了缓冲体系相关平衡反应式、公式和平衡作用图。总之是基于水解、电解、中和等反应实现对pH的缓冲。有了这两种缓冲系统，我们才不必终日忙于调整水族箱中的水质。当然，缓冲系统是有一定缓冲量的。过度老化与污染的水还是要换的。
八、? ?? ?? ???总结和实际应用以上说了一大堆，可能让人有些云里雾里一般，看不出个门道。其实，这里只是概要的讲了些与水硬度直接相关的知识。水质还有很多方面这里并没有提到，当相关知识了解得越多，养殖起来就越轻松。下面就让我们总结一下以上讲的，并与实际养殖联系联系。1、??硬度的调整目前，硬度调整还是我们水族饲养中不可避免的问题。一些所谓的软水鱼还是需要生活在较低硬度的水中。或是在南方饲养三湖慈鲷，需要将硬度提高一些。由上可知，硬度分为暂时硬度和永久硬度。而暂时硬度可以通过煮沸去除。在调整硬度前，如果我们先了解了水的硬度和碱度，就可以知道水的暂时硬度是多少，即可以通过简单的煮沸去除部分，甚至是全部硬度。当然，煮沸法有一定的局限性。每次处理的水量有限是最大的问题。少量的繁殖用水可以考虑这种方法。还有，在北方永久硬度较高的地区，煮沸的作用相对不大。提高硬度则有更简单的方法。由于固体的CaCO3在水中也存在溶解平衡，只要在水族箱中的合适位置（如过滤器中或底沙），加入CaCO3为主要成分的材料（如珊瑚沙等），就会逐渐形成溶解平衡，将硬度维持在一定水平。同时可以提高pH。2、??缓冲体系的应用缓冲体系是水族箱中非常重要的角色。由于水族箱中各种生物作用大多会产生酸性物质，只有水体具有相当的缓冲能力，才能使pH保持在一个稳定的水平，从而使水生物得以健康的生活。每个水族箱的缓冲能力是不同的。一般来讲，大水体较小水体的缓冲能力强，这就是为什么大鱼缸比小鱼缸好养鱼的原因。了解水族箱中缓冲能力的一个主要方法是监测pH的变化。通常水族箱中pH的变化是先快速下降，然后进入平缓阶段，然后又快速下降。这一平缓阶段就是水体的缓冲范围。开始的下降表示有碱性物质对水体产生的冲击。后面的下降则表示水质恶化，缓冲体系被破坏。了解了水体缓冲的范围，我们力求pH稳定在这一范围内。可以根据这一范围合理的制定换水时间及换水量，而不要等到缓冲体系被破坏了才大量换水，使水体遭受冲击，造成pH的大起大落。两种缓冲体系还提示我们，不要完全排斥硬度的存在。如果只有CO32-——HCO3-——CO2缓冲体系，是非常脆弱的。在生物的作用下平衡极易失去。这就是太软的水为什么很容易出现pH极低的情况。Ca2+——CaCO3缓冲体系对酸性有较强的缓冲能力。有经验的人都会将水勾兑成软硬适中的水质，使两种缓冲体系同时存在。以保证pH的相对稳定。3、??合理添加二氧化碳二氧化碳是水生植物的重要营养来源。但只有游离态的CO2才能被植物吸收。由二氧化碳平衡体系可知，在偏酸性的环境中，CO2才能以分子状态存在。因此养殖水草最好采用偏酸的中性水有利其生长。添加CO2就可以使水的pH降低，可谓一举两得。4、??Ca2+、Mg2+的生物作用最后谈一下Ca2+、 Mg2+在水生物上的积极作用。一些人在养软水鱼时，总是视Ca2+、 Mg2+为大敌，希望除之而后快。其实，过多的Ca2+、 Mg2+固然对某些鱼种不利，但完全没有也不见得是好事。Ca2+、 Mg2+不仅是缓冲体系的重要成员，还是水生物的营养物质。植物和动物都需要吸收这些元素。另外，Ca2+浓度较大时，可以使生物减少从环境中吸收重金属，从而降低它们的毒性。有实验表明，在水中适当添加Ca2+、 Mg2+，有助于池塘养殖的高产。因此我们不必对硬度过于介意，只要将其控制在适当的范围即可。


========祥龙水族联盟鱼友评论=====
上帝禁区S 评论：自己来学习。。。。
上帝禁区S 评论：？？？？？？
原来喜欢折腾 评论：谢谢分享，学习了。
mifia 评论：太长太专业
枯山qq 评论：科学家养鱼的经验，谢谢科普，学习学习。
jimmyang 评论：学习
暮鼓晨钟 评论：文章太长了? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???。
请叫我活雷锋 评论：看了等于白看
昊天之风神 评论：太长太专业···应该简单白话·