Как получить дома мягкую воду

Тема "Вода для аквариума" освещена достаточно подробно и понятно. Но идет время. С одной стороны, всесторонне и резко ухудшилось экологическое состояние окружающей нас воды, а с другой - появились и осваиваются новые технологии очистки и умягчения воды, расширился опыт работы с традиционными приспособлениями. Рассмотрим суть этих приспособлений и способы их практического применения. В быту и в аквариумистике уверенно прописались приборы обратного осмоса (reverse osmosis). Но поскольку их внедрение в обиход рыбовода-любителя пока еще не носит массовый характер, считаю целесообразным вкратце рассмотреть смысл этого приспособления и варианты его практического приложения. Сразу надо сказать, что процесс обратного осмоса чисто физический, то есть ему не сопутствуют химические реакции и не требуется применение каких-либо реактивов. Если не вдаваться в технические подробности конструкции самого агрегата (можно смело далее называть его фильтром), схематично дело обстоит так. Вода под давлением поступает в полость, у которой одна стенка выполнена из специальной полиамидной пленки. Эту пленку условно можно считать очень мелкопористой: сквозь ее полости способны проникать только молекулы воды: Н2О. Это теоретически, а на практике всевозможные технические огрехи, неизбежные при изготовлении как непосредственно пленки, так и прибора в целом, оставляют лазейку для проникновения с водой примерно 2-5% солей и других мельчайших примесей, так что чистоту фильтрации можно оценить на 95-98%. На рис.1 представлена простейшая схема модуля обратного осмоса. Водопроводная вода под собственным магистральным давлением поступает в левую камеру. Часть ее продавливается сквозь пленку (мембрану) в правую камеру и поступает для дальнейшего применения. Обогащенная не прошедшими сквозь мембрану солями и другими примесями вода сливается в сток (в канализацию). Вот собственно и все. Рис. 1. Схема фильтра обратного осмоса: 1 - канал подачи воды из водопровода; 2 - мембрана; 3 - слив; 4 - канал очищенной воды. Магистральная водопроводная вода, как правило, содержит различные мелкие примеси, которые могут оседать на мембране, забивать ее поры и в результате снижать эффективность фильтрации. Кроме того, на большинстве российских водоочистных станций в качестве обеззараживающих средств до сих пор используются хлор содержащие вещества, а свободный хлор (при концентрации более 0,1 мг/л) действует на полиамидную пленку разрушительно. По этим причинам модуль обратного осмоса, как правило, используется в комплексе с соединенными последовательно механическим и угольным префильтрами (рис.2). Рис. 2. Схема фильтра обратного осмоса, используемого в комплексе с соединенными последовательно механическим и угольным префильтрами Наполнение механического (иногда его называют осадочным) предварительного фильтра (рис.2, а) может быть самым разнообразным: от мелких гранул нейтрального вещества до шнуровой ("веревочной") намотки. На этом этапе фильтрации задерживается мелкая взвесь (осадок) и частично осаждаются (за счет перехода в нерастворимую форму) соли железа. Ресурс механического фильтра невелик и зависит от степени загрязненности исходной воды. Контроль за работоспособностью затруднителен, косвенно ее можно оценить по снижению скорости протекания воды. Поддается частичному восстановлению при помощи промывки противотоком, если удается это устроить. Угольный префильтр (рис.2, б) содержит гранулы активированного угля. Материал это очень пористый, что значительно увеличивает его суммарную рабочую поверхность, на которой задерживаются многие макромолекулы и хлор. Частично он работает и как механический фильтр. По мере заполнения пор на гранулах "активность" угля снижается. Срок его жизни в московской водопроводной воде составляет около полугода. Контроль за работоспособностью практически невозможен. Промывка противотоком устраняет только засоренность взвесью. Регенерация (восстановление) угля в домашних условиях не проводится. Наполнитель подлежит замене. Ну и, наконец, модуль обратного осмоса (рис.2, в) с мембраной и промывным клапаном, регулирующим поток слива. Срок жизни 3-6 лет в зависимости от чистоты поступающей воды и качества самой мембраны. Последняя не восстанавливается и при потере своих качеств подлежит замене. Работоспособность контролируется измерением электропроводимости воды на выходе (то есть степенью ее обессоленности). Считается, что мембрана находится в рабочем состоянии, если получаемая с ее помощью вода имеет электропроводимость в пределах 20-50 мкС/см. Возможен также контроль при помощи периодического измерения жесткости выходящей воды обычными методами (химическое тестирование). Нужно учитывать, что в отфильтрованной воде остается 2-5% солей. Так, если вода в магистрали имела общую жесткость 10°dGH, то качественной можно признать фильтрацию, если вода на выходе из осмотического фильтра имеет жесткость 0,2-0,5 градусов*. Очевидно, что для аквариумистики это достаточно "чистая" вода и возможно продолжение использования такой мембраны с частично утерянными свойствами до той поры, пока значение остаточной жесткости не перейдет рубеж, который любитель сочтет предельным для своих задач. Непременным условием нормальной работы мембраны является довольно высокое давление воды: 3-6 бар. При меньшем напоре производительность мембраны быстро падает вплоть до полного прекращения пропускания воды. По этой причине фильтр обратною осмоса, как правило, подключается к магистральному водопроводу и, опять же, только если в самой сети поддерживается нужное давление. Правда, компенсировать его дефицит может дополнительный насос, но это уже лишние расходы и хлопоты... Вторым обстоятельством, заметно влияющим на производительность мембраны, является температура воды. Чем она выше, тем существеннее пропускная способность мембраны. Так, увеличение температуры воды с 5 до 25°С повышает производительность примерно вдвое. Рабочий диапазон температур должен быть указан изготовителем. Подключение фильтра, как правило, производится в холодную магистраль, однако, насколько я знаю, любители умудряются включиться и после смесителя, что дает им возможность самостоятельно регулировать температуру воды в фильтре. В настоящее время в специализированных магазинах есть достаточно большой выбор фирменных изделий, в том числе и фильтры для воды, предназначенные именно для нужд аквариумистики. Мне представляется, что в принципе можно пользоваться любым прибором обратного осмоса. Некоторые неудобства представляют бытовые конструкции с маленьким накопительным баком и специальным клапаном, перекрывающим магистраль при его заполнении. Более удобен фильтр с ручным управлением, когда вы сами включаете магистраль и отключаете ее после набора нужного количества воды. Достоинствами фильтра обратного осмоса являются отсутствие затрат энергии (если нет подкачки), его способность работать "самотеком", без вмешательства любителя, а также чистоту готовой воды. Фильтр не нуждается в частой регулировке, не требует систематических проверок качества воды, да и вообще практически не доставляет хлопот рыбоводу-любителю. К положительным сторонам устройства можно смело отнести и довольно высокую продолжительность его "жизни". Недостатки фильтра обратного осмоса - это низкая производительность, сравнимая с дистилляцией, необходимость обеспечения высокого давления воды и... повышенный общий ее расход. Примерное соотношение "чистой" воды и "сливной", которая уходит в канализацию, - 1 к 2,5-3. Правда при определенных условиях не прошедшую через мембрану воду можно накапливать и использовать, например, для технических целей. Кроме того, хорошие фильтры обратного осмоса пока еще дороговаты, но, учитывая сроки их работы, с этим можно мириться. Другое приспособление для обессоливания воды, ранее использовавшееся в основном в научно-производственной сфере и очень редко аквариумистами - ионообменные смолы. Они - сложный химический продукт, главным свойством которого является способность к избирательному обмену ионов из окружающей среды на собственные. Ассортимент этих смол достаточно велик, но аквариумистов могут интересовать в основном те, которые способны отбирать из воды ионы кальция и магния, ответственные за ее жесткость, а заодно и ионы всех остальных металлов, соли которых находятся в растворе. Такая смола носит название катионит, так как ионы металлов имеют положительную заряженность. Забирая ион металла, катионитовая смола отдает в воду имеющиеся в ее составе ионы водорода (Н+), которые, соединившись с кислотным остатком, создаю соответствующую ему кислоту (соляную, серную, азотную, фосфорную и т.д.). Понятно, что чем больше солей было растворено в воде, тем выше будет концентрация вновь созданных кислот. Очевидно, что подобная вода, несмотря на свою мягкость, из-за обилия кислоты для аквариумных целей непригодна, поэтому обработанную катионитом воду пропускают через другую смолу - анионит. Он забирает из воды ионы кислотных остатков и отдает ей отрицательно заряженную гидроксильную группу (ОН-), которая соединяется с осиротевшим ионом водорода и образует обычную воду: Н+ + ОН- = Н2О. Процесс окончен. Таким образом, вода, прошедшая последовательно через катионит и анионит, полностью теряет свою минерализацию, т.е., лишается всех растворенных в ней солей. Это теория, а на практике кое-что все же там остается. В домашних условиях можно получить очень мягкую воду с общей жесткостью менее одного градуса dGH. По ходу работы смола расходует свои обменные ионы и как бы "разряжается". Поэтому в определенное время ее приходится подзаряжать (регенерировать). Через катионит в этих целях пропускают 10%-ный раствор соляной или серной кислот (лучше первая - она не такая "вредная"), а анионит восстанавливают с помощью 5%-ного раствора калиевой или натриевой щелочи. В обоих случаях после зарядки необходима тщательная промывка гранул обычной водой (в пятикратном объеме), чтобы убрать остатки регенерационных растворов. Несмотря на промывку, считается, что первые несколько (зависит от объема используемой смолы) литров свежей воды тоже нежелательно использовать для живых существ, так как в ней что-то из продуктов регенерации еще присутствует. Очень трудно дать оценку ресурса (продолжительности работы) свежезаряженной смолы: слишком много факторов надо учитывать. Сюда входят: марка используемого материала - есть сильные и слабые смолы, с малой и высокой удельной рабочей емкостью; объем смолы (чем он внушительнее, тем больше воды обработает); степень минерализации исходной воды и состав входящих в нее солей (чем выше концентрация солей в воде и чем они "тяжелее", тем быстрее исчерпается ресурс смолы). В меньшей степени оказывает влияние на это температура воды и форма колонки, в которую помещена смола. Известно, что химические реакции ускоряются при повышении температуры, а от формы и площади сечения зависит скорость протекания воды и качество обессоливания. Теперь о практической стороне. На рис.3 представлена схема прибора, которым я пользуюсь с 1988 года и рекомендую для домашней установки. Конструкция и практическое исполнение самих колонок могут быть самыми разными. Можно подобрать готовые пластиковые или стеклянные трубы (цилиндры). Можно самостоятельно склеить резервуары из пластин оргстекла, как это сделал я. В любом случае удобнее, если стенки колонок прозрачны. Рис. З: 1 - накопительная емкость (устанавливается выше колонок, чтобы обеспечивать напор; в нее можно заливать любую воду, предназначенную для умягчения, а не только из водопровода); 2 - соединительные шланги; 3- главный вентиль (он должен надежно перекрывать воду, подойдет, скажем, краник от какого-нибудь наружного аквариумного фильтра, медицинской клизмы, бочонка с пивом и т.д.); 4 - колонка с катионитом; 5 - колонка с анионитом, 6 - воздушная пусковая трубка с надежным вентилем (служит для запуска прибора путем создания разрежения в колонке с катионитом; я использую здесь краник для регулировки потока воздуха от компрессора); 7 - воздушная пусковая трубка с надежным вентилем (служит для запуска прибора путем создания разрежения в колонке с аммонитом); 8 - выводящий шланг (его конец обязательно должен находиться выше уровня смолы в колонках, иначе при окончании работы вода стечет и смола окажется на воздухе, что недопустимо); 9 - фиксатор выводящей трубки (он может быть закреплен, к примеру, на стене); 10- резервуар для приема обессоленной воды (его объем должен быть не меньше, чем у емкости 1. Определенную трудность представляет герметизация колонок. Если основание колонки можно смело приклеивать "намертво", то верхнюю часть когда-то придется снимать, так как по прошествии 2-3 лет интенсивной эксплуатации смолы теряют свои свойства и их надо заменять. Момент этот определяется по участившимся перезарядкам, когда заряженная смола начинает быстро "садиться" (вспомните, как это бывает с автомобильным аккумулятором). Для себя я решил этот вопрос с помощью обычного силиконового клея. При необходимости, крышку несложно отделить, подрезав клей ножом с тонким лезвием. На рис. 4 и 5 подробно представлена конструкция моих колонок. Обе они устроены одинаково, собраны из пластин прозрачного оргстекла и склеены самодельным клеем: раствором стружек того же оргстекла в дихлорэтане. Кстати, прочности прилегания пластин при склеивании я добивался, наматывая на корпус обычную бельевую резинку - и просто, и надежно. Рис.4. Крышка: 1 - патрубок водоподводной трубки (надежно вклеивается в крышку); 2 - патрубок воздушной пусковой трубки (надежно вклеивается в крышку); 3 - внешняя часть крышки; 4 - внутренняя часть крышки (строго соответствует сечению колонки и прочно приклеивается к внешней части крышки); 5 - силиконовый герметик; 6 - корпус колонки; 7 - смола. Рис.5. Основание: 1 - корпус колонки; 2 - верхняя решетка, удерживающая фильтрующую прокладку (для ее изготовления подойдет любой стойкий пластик - я использую сепараторную аккумуляторную сетку); 3 - фильтрующая прокладка, удерживающая смолу от вытекания вместе с водой (стойкое к кислотам и щелочам волокно, в моем случае это синтепон); 4 - нижняя решетка, удерживающая прокладку (любой стойкий и желательно жесткий пластик, чтобы прокладка не провисала и не перекрывала выходное отверстие; у меня это решетка от ювелевского внутреннего фильтра); 5 - вкладыш, обеспечивающий заданное положение решеток и прокладки (втором точкой опоры для нижней решетки служит внутренний отрезок выводной трубки), 6 -внутренняя часть основания (точно повторяет сечение колонки); 7 - внешняя часть основания (прочно склеена с внутренней частью и корпусом колонки); 8 - выводная трубка (надежно вклеена в корпус). Сейчас можно встретить в продаже самые разнообразные смолы, как отечественные, так и импортные. Вот лишь некоторые из них. Катиониты отечественного производства: сильнокислотные - КУ-1, КУ-2-8, КУ-100, КУ-101; слабокислотные - КБ-2, КБ-4. Аниониты отечественного производства: сильноосновные - АВ-16, АВ-17-8, АВ-17-8чс; слабоосновные - ЭДЭ-10П, АН-2Ф, АН-18, АН 31. Из импортных следует отметить в первую очередь особо высокого качества смолы Resinex немецкого и шведского производства: катионит ResinexTM - К-8, ResinexTM KW8 и анионит ResinexTM А-4. Они отличаются очень большой рабочей емкостью и высокой скоростью потока. Неплохи также американские катиониты Amberlite IRN-77, Dowex HCR-S-S, DowexTM MARATHON C, Purolite C100E (C100C, C100EC) и аниониты DowexTM MARATHON 11, DowexTM MARATHON A, DowexTM MARATHON A2, DowexTM SBR-P. Кстати, ассортимент катионитов на рынке гораздо больше анионитов, так как катиониты широко используются для установок упрощенного "умягчения" воды в водоснабжении частных загородных домов (об этом я расскажу ниже). Свежую смолу надо подготовить: прополоскать в воде, чтобы освободить от возможного мусора и технической пыли, затем залить водой и оставить на сутки для набухания (увеличение объема смолы при этом незначительно). На выводную трубку надеваем заранее подготовленный шланг, поднимаем его конец и временно крепим (например, скотчем) к корпусу, чтобы удержать воду, которая обязательно попадет в колонку вместе со смолой. Сливаем из таза лишнюю воду и переносим смолу в колонку. Проще всего делать это обычной ложкой, смывая прилипающие к ней остатки небольшим количеством воды. Помните: смола должна заполнять колонку не более чем на 4/5-3/4 объема. Регенерация смолы - как первоначальная, так и последующие - не отличаются друг от друга. Восстановление ресурса колонок производят раздельно: соединяющий колонки шланг при этом снимают с входной трубки, а по окончании процесса колонки вновь соединяют. Выводящий воду шланг надо закрепить на такой высоте, чтобы его конец оказался выше уровня смолы в колонке. В накопительную емкость (рис.3-1) наливают подготовленный раствор и запускают систему. Объем его должен быть равен объему смолы. Главным вентилем устанавливают такой поток раствора, чтобы вытекающая струйка была не толще спички. Запуск системы для регенерации и для работы одинаков. Когда раствор залит, шланги подсоединены и под выводной шланг подставлена приемная емкость (ведро), открывают главный вентиль, вентиль стартовой трубки и через нее создают разрежение (отсасывают воздух) в колонке, пока из вводного шланга внутрь нее не пойдет раствор (вода), после чего стартовый вентиль перекрывают, регулируя главным поток раствора (воды). После того, как весь раствор протечет через колонку (он более непригоден), смолу надо промыть, для чего через нее пропускают пятикратный объем обычной воды. При промывке и во время ежедневной работы системы главный вентиль можно открывать полностью. Промывная вода не пригодна для аквариума, так как содержит остатки регенерационных растворов. При запуске готовой к работе системы разрежение нужно производить только в колонке с катионитом. Когда вы перекроете ее вентиль, вода сама создаст внутреннее давление во второй колонке и пойдет туда самотеком. Как известно, нагнетаемая под давлением в магистральные сети вода пересыщена газами. Если подавать ее в ионообменник напрямую из водопровода - без отстаивания - избытки газов осядут в массе смолы. Их пузырьки мешают нормальной работе устройства, затрудняя проток воды. Кроме того, смола постепенно уплотняется, скорость потока сквозь ее слой снижается, а сами зерна не омываются полностью из-за избыточно плотного прилегания друг к другу. Поэтому периодически смолу надо "взрыхлять" противотоком. Для этого отсоединяют выводной шланг, конец его опускают в небольшую емкость с водой и поднимают ее выше уровня смолы (один из вентилей надо открыть для выхода воздуха). Вода самотеком пойдет в колонку снизу, разрыхляя слежавшуюся массу и выталкивая задержанные смолами пузырьки воздуха. Через прозрачную стенку вам будет виден этот процесс. Пропустив, таким образом, через колонки примерно один литр воды и подождав, пока она поднимется над смолой, а гранулы последней осядут, опускают шланг и сливают лишнюю воду. Помните: при перерывах в работе и во время хранения смола обязательно должна быть полностью покрыта оставшейся в колонке водой. Перед промывкой обязательно взрыхлять подобным образом катионит после регенерации. Дело в том, что при промывке эта смола увеличивается в объеме и может повредить колонку. О контроле за разрядкой смолы. Хорошо заряженные и промытые смолы на выходе показывают остаточную минерализацию 3-5 мкС. Анализ общей жесткости покажет только наличие "следов" кальция и магния. Активная реакция может быть близка к нейтральной. Степень истощения смол в процессе работы надо периодически определять, контролируя параметры получаемой воды с помощью уже упомянутых при описании осмотического процесса способов, только нужно сюда еще добавить проверку активной реакции воды (pH) - он будет показывать, какая из смол теряет заряд первой: будучи заряженными одновременно, анионит "садится" раньше катионита, и показатель pH в получаемой воде начинает падать. Катионит же держится дольше (примерно вдвое). При его разряженности значение pH начинает расти, уходя в щелочную область. Так что в процессе эксплуатации оба ионита будут требовать подзарядки в разные сроки. Все это происходит постепенно, и частота контрольных замеров будет зависеть от интенсивности эксплуатации установки. Как видите, хлопот с ионообменниками намного больше, чем с обратным осмосом. К достоинствам этого способа следует отнести высокую степень очистки воды, включая и ее частичное обеззараживание образующимися в процессе кислотами, а также высокую скорость получения обессоленной воды. Так, мои колонки с пятилитровым объемом смол наполняют 15-литровое ведро за 5-7 минут. Сюда же можно отнести и довольно продолжительные временные промежутки между перезарядками. К недостаткам относятся хлопоты по регенерации и необходимость хранения дома некоторого резервного количества агрессивных химикатов (кислота, щелочь), а также, я думаю, обязательная личная предрасположенность к химическим познаниям (кое-кого могут отпугнуть эти простейшие химические выкладки). Несколько затруднено и приобретение смол и химикатов. И еще одна важная информация. В последние годы приобрел большую популярность процесс так называемого "умягчения" бытовой воды. Особенно это распространено в частных домах с автономным водоснабжением. И не только. Последние разработки бытовых домашних фильтров в своем составе тоже имеют блоки (модули) именно с таким "умягчителем". Объясняю, что это такое на самом деле и годится ли оно для аквариумных целей. Способ этот не нов. Еще М.Н.Ильин упоминает его в своей книге "Аквариумное рыбоводство" (издательство Московского университета, 1965). Он носит название Na-катионирование. Знакомая нам смола катионит здесь регенерируется не соляной кислотой, а раствором хлористого натрия, то есть поваренной солью. В результате смола приобретает ион натрия (Na+) и обменивает на него ионы всех остальных металлов, соли которых находятся в воде. На выходе фильтра получается очень мягкая, но насыщенная всевозможными солями натрия вода. Чем была выше концентрация солей разных металлов, тем будет выше концентрация соответствующих солей натрия. Особенно это заметно при умягчении артезианских высокоминерализованных вод, и если до пропускания через смягчитель такая вода казалась вам "вкусной", то после обработки она горьковато-солоноватая и годится лишь для бытовых (хозяйственных) нужд: стирка белья, мытье посуды и машин, для умывания, для бассейна, душа и ванной и т.д. Для употребления же в пищу и, конечно, для аквариума она непригодна. Избыток натрия вреден живым организмам. В умягченной же таким способом воде этого элемента может оказаться даже больше, чем в морской. По сути это засоленная катионами натрия вода. Тем не менее, на подобной воде в Подмосковье содержится очень много интерьерных аквариумов с неприхотливыми "ширпотребными" рыбами. Это доказывает, что если исходная минерализация невысока, то Na-катионирование в ограниченных пределах может все же использоваться и для аквариума. По свидетельству М.Н.Ильина, именно в такой воде в Москве впервые был разведен голубой неон (Paracheirodon innesi). В заключение хочу упомянуть и еще один способ искусственного смягчения воды для аквариума - перегонка ее кипячением с последующей конденсацией образующегося пара, иначе - дистилляция. Он настолько широко всем известен, что описание его здесь я считаю излишним. Во многих отраслях он до сих пор применяется. У него одно достоинство - получается вода очень высокого качества. В моем хозяйстве есть и осмос-фильтр, и ионообменные колонки. Первый я использую для наполнения небольших емкостей, к примеру, нерестовиков. А ионообменник включаю, когда меняю воду в основных аквариумах, т.е. когда требуется много воды и побыстрее. Обе эти воды мы используем и в пищу, когда наша водонапорная станция переключает магистраль на жесткую артезианскую скважину и анализ того, что течет из водопровода, показывает 20-24 °dGH, разбавляя их водой из-под крана. *Остаточный ассортимент солей пропорционален исходному, т.е., соотношение концентраций кальция, магния и карбонатов остается прежним