Что такое жесткая вода и чем она плоха для растений
Под жесткой имеется в виду вода, которая содержит завышенное количество солей магния и кальция:
- до 3 мг/л – мягкая;
- 3-6 мг/л – средней жесткости;
- от 6 мг/л – жесткая.
Жесткость никак не связана с качеством очистки воды. Это природная особенность: зачастую вода проходит через известковые породы и неизбежно вымывает гидрокарбонаты магния и кальция:
Эти соли влияют на один из важнейших показателей почвы – pH. Если вода жесткая (т.е. в ней много гидрокарбонатов магния и кальция), кислотность уменьшается, а щелочность (и соответственно pH) – увеличивается и становится значительно больше 7,0 (нейтральная среда).
При этом большинство растений комфортно чувствуют себя, если почва имеет слабокислую или нейтральную реакцию (pH от 5,5 до 7,0). Поэтому при увеличении этого показателя до 7,5-8,0 приводит к нарушению обменных процессов в растительных тканях.
Нарушается и кислотно-щелочной баланс почвы, что негативно отражается практически на всех культурах:
- в грунте накапливаются тяжелые соли;
- нарушаются процессы усвоения питательных веществ;
- из-за повышенной жесткости на почве со временем образуется плотная корка, ухудшающая состав и структуру грунта;
- тормозится рост и развитие культур;
- снижается их сопротивляемость заболеваниям;
- ухудшается зимостойкость;
- падает урожайность;
- ухудшается вкус плодов.
Для справки
Жесткость связана не только с гидрокарбонатами, но и другими веществами – хлоридами и сульфатами. Но именно гидрокарбонаты оказывают наиболее негативное воздействие на растения. Далее подробно рассмотрим признаки и меры борьбы именно с этим типом жесткости.
Регионы России с разной степенью жесткости воды
Основы работы систем и составляющие
Классический пример, как выглядит схема фильтрации по порядку:
На дне вместо песчано-глиняной подушки рекомендуют насыпать крупный щебень, а на конце трубы перед помпой поставить сетчатый грубый самоочищающийся (донный) отсеиватель. Это обеспечит начальную, самую грубую обработку.
- Механическая очистка скважин. Применяют прибор для отсеивания примесей фракцией 80 – 100 мкм («грязевик»). Он выглядит как тройник, врезающийся в выводящую трубу, один выход которого оснащен полой колбой со сменными блоками цилиндрической формы из полипропилена или материала с волокнами, способными удерживать мелкие зернистые частицы (песок).
- Аэрационный узел (дегазатор) и одновременно осуществляемая им очистка воды от запаха обязательные, если наблюдается повышенный уровень сероводорода. Этот газ в процессе процедуры улетучивается. Двухвалентное железо, мышьяк, олово и подобные соединения выпадают в осадок. Задача агрегата – насыщение кислородом, поэтому агрегат ставят, даже когда нет загрязнения – это придает дополнительную пользу. Он выглядит как бак с компрессором, который нагнетает воздух в находящуюся в нем воду.
- Узконаправленные приборы, для смягчения (например, очистка воды солью), а также убирающие и приводящие в норму те элементы, содержание которых нарушает нормы: железные, калийные, марганцевые соединения. Какой агрегат ставить и его наполнитель определяют на основе данных химического анализа.
- Биозащита: механизмы с угольными блоками, обеззараживающими УФ-лучами.
- Тонкая обработка. Это финишный этап, на нем улавливаются включения до 5 мкм. Такие приборы распространены в быту, они устанавливаются, в том числе и на краны. Их установка обязательная для любых скважин.
Принцип работы системы в том, чтобы отсеивать примеси по мере возрастания их фракции, то есть, если есть аппараты для тонкой работы, то желательно, чтобы перед ними были те, которые избавят от песка и крупных частиц, так как они быстро засорят их.
Дополнительное применение установки осмоса обратного типа обеспечит исключительную чистоту.
Нужно учесть, что при создании полноценной системы с технической стороны в нее включаются приборы, которые требуют электропитания:
- компрессор для аэратора
- помпа, поддерживающая давление, так как оно падает при прохождении через дополнительные устройства
- дозирующий насос при реагентной очистке
- автоматизация для фильтров, их восстановления и включения в систему (блоки управления)
Анализ качества колодезной воды
Перечисленные «симптомы» указывают на серьезные загрязнения воды. И до момента, пока она не будет очищена, эксплуатировать сооружение не рекомендуется. Чтобы выяснить причину загрязнения и найти оптимальное решение для ее устранения, необходимо отобрать пробы воды и сдать их на анализ.
Последовательность выполнения действия при заборе жидкости для исследований:
- Пластиковую или стеклянную емкость объемом в 1,5 литра тщательно промывают проточной водой, не применяя для этого моющие средства. Для взятия пробы отлично подойдет пластиковая бутылка из-под минеральной или дистиллированной воды.
- Емкость постепенно наполняют водой так, чтобы от чрезмерного напора в бутылке не образовывался избыток кислорода. Если из колодца налажена автоматическая система подачи воды, воду из крана предварительно стоит слить, а затем при малом напоре наполнить бутылку до горлышка.
- Наполненную емкость плотно закрывают и укутывают в темный полиэтиленовый пакет.
- В течение трех часов с момента взятия пробы емкость с жидкостью доставляют в лабораторию.
Учитывайте, что по истечению двух суток с момента забора жидкости результаты будут уже недостоверными.
Самостоятельно выполнить анализ качества воды не получится. Получение точных результатов невозможно добиться без применения специального оборудования.
Исследованиями такого рода занимаются:
- санэпидемстанции;
- государственные лаборатории при геодезических центрах;
- лицензированные частные центры;
- аккредитованные лаборатории Роспотребнадзора.
Цена услуги зависит от вида анализа. Он может быть сокращенным, ориентированным на выявление определенной группы веществ, или полным, включающим химическое и микробиологическое исследование.
Полученные результаты заносят в протокол, в котором указывают допустимое процентное соотношение примесей и веществ в соответствии с действующими санитарными нормами. К протоколу будет приложено заключение о пригодности воды и наличия ней потенциально опасных для здоровья микроорганизмов и веществ.
При желании заказчика специалисты могут также дать рекомендации, как лучше очистить воду в конкретном колодце и какие системы фильтрации в дальнейшем применять.
Выполнение работ по дезинфекции
Дезинфекцию воды производят после завершения механической чистки и устранения течей в стыках. Ее выполняют путем нанесения раствора на стенки сооружения меховым валиком или широкой кистью. Для этой цели используют хлорную известь.
Чтобы приготовить 2% раствор, хлорную известь разводят с водой из расчета на 1 л жидкости 20 г порошка. При использовании чистого хлора раствор необходимой концентрации получают путем разведения порошка из расчета 3-5 г на 1 литр воды.
Приготовленный раствор настаивают в течение 1-2 часов в емкости под плотно закрытой крышкой. Отстоявшуюся смесь переливают в другую емкость. Поднявшийся к поверхности верхний слой и используют для дезинфекции.
Дезинфекцию колодца с использованием хлора выполняют в такой последовательности:
- Разведенный 2% раствор с помощью широкой кисти или валика наносят на внутренние стенки колодца, покрывая их равномерно по всей поверхности. Остатками препарата обрабатывают донный фильтр.
- После нанесения средства колодец наполняют водой. В налитую воду добавляют новую порцию раствора, но приготовленного уже в пропорции 1:5.
- Раствор, залитый в колодец, тщательно перемешивают длинным шестом или путем попеременного зачерпывания жидкости ведром с последующим выливанием ее обратно.
- Горловину обработанного и наполненного водой колодца накрывают крышкой с полиэтиленовой пленкой и оставляют на сутки. Это необходимо по той причине, что хлор имеет свойство быстро улетучиваться. Чтобы хлор дал желаемый эффект важно поддерживать в шахте прохладу.
- Выждав 24 часа, хлорированную воду откачивают из колодца и ждут его наполнения. На следующий день процедуру обеззараживания выполняют повторно.
На один кубометр в среднем уходит 500 г раствора.
Воду, подвергшуюся чистке, использовать нельзя. Перед введением сооружения в эксплуатацию колодец придется опустошить и дождаться его наполнения «с нуля». Если после наполнения в воде присутствует запах хлора, ее придется повторить процедуру. В течение 5-7 дней после завершения хлорирования воду подвергают кипячению.
Если рассматривать другие доступные средства, то дезинфекцию сооружения можно выполнить также с использованием той же марганцовки. Для этого перманганат калия разводят в воде из расчета 1 чайная ложка порошка на 10 литров жидкости. Раствор заливают в шахту с водой.
Выждав сутки, опустошают колодец и ждут, пока он наполнится вновь. После завершения чистки в шахту опускают маленький мешочек, пошитый из синтетической ткани и наполненный марганцовкой. Его следует оставить в колодце на постоянной основе.
В продаже встречаются также специальные хлорсодержащие препараты типа «Акватабс», «Септолит-ДХЦ», «Экобриз-Окси». Они выпускаются в жидком, порошкообразном или таблетированном виде.
На основе этих концентратов в соответствии с инструкцией разводят дезинфицирующие растворы, которые применяют по такой технологии, что и при работе с хлорной известью. Любое из этих средств улучшает качество воды и продлевает срок службы сооружения.
Источники мягкой воды
Самой вредной в плане жесткости является водопроводная, а также вода из артезианских скважин. Некоторые дачники полагают, что артезианская вода полезна, но грунтовые воды тоже проходят через известковые породы, что увеличивает показатель жесткости. Все зависит от региона, конечно. Если в вашем местожительстве есть залежи известняка, доломита или гипса, вода наберет множество примесей.
В неглубоких колодцах их концентрация меняется несколько раз в год. Весной во время паводков и осенью в сезон дождей она снижается до минимума. В жару при падении уровня жидкости в колодце концентрация солей увеличивается. В артезианской скважине показатель стабилен. Мягкую воду дают скважины на песке, самый высокий уровень примесей — в источниках на известковой почве.
Поэтому важно понимать, что основным источником мягкой воды являются осадки (дождь и талый снег). Запастись такой жидкостью для комнатных цветов вполне реально, а для огорода – нет. Поэтому необходимо предпринять и дополнительные меры:
- Отстаивать жидкость в течение нескольких дней. Преимущество такой процедуры еще и в том, что она нагревается, благодаря чему во время полива корни растений и листва не охлаждаются слишком сильно.
- Перед поливом добавить щавелевую кислоту в количестве 1,5-2 г на 10 л. Это позволит смягчить очень жесткую воду (16 мг/л) в 2 раза, т.е. до 8 мг/л.
- Добавить перед поливом черный торф в количестве 100 г на 10 л. Это не только снижает жесткость, но и немного насыщает почву питательными веществами – как органикой, так и минералами.
Дождевая и талая вода идеально подходят для полива всех растений
Метод кипячения
В кипящей воде известь выпадает в форме накипи в осадок. Метод относится к наиболее лёгким, простым и доступным практически каждому. Минусами метода является сложность последующего удаления накипи и низкая производительность.Метод механической фильтрации
Наиболее часто используется на частных скважинах и эффективно удаляет загрязняющие частицы величиной от 5 мкм.
Предусматривает применение специальных фильтров, используемых для удаления солей кальция. Самым простым вариантом является пропускание воды сквозь фильтрующие слои, из которых выполнены засыпные фильтры, имеющие автоматическую промывку. В подобных осадочных фильтрах роль фильтрующей загрузки могут выполнять различные материалы: от песка кварцевого до шунгита или активированного угля.
Сегодня наиболее перспективным решением считается использование материалов искусственного происхождения, выполненных на основе минерального сырья, у которых специальным образом увеличивается удельная поверхность. Подобные материалы характеризуются высокой грязеёмкостью. Их легко можно привести в исходное состояние обратной взрыхляющей промывкой.
Засыпные фильтры демонстрируют требуемую эффективность лишь при удалении частиц от 20мкм. Да и внешне конструкция подобного фильтра достаточно крупногабаритная. Средняя высота – 1580мм, диаметр – от 260мм. И стоят они не дёшево.
Именно поэтому им была найдена альтернатива, которая в настоящее время используется всё чаще – изготовленные из вспененного полипропилена сменные фильтрующие картриджи. Они качественно очищают воду от частиц извести размерами от 5 мкм. Устанавливать их можно либо в фильтры, технически рассчитанные на один картридж либо в фильтры мультипатронные. Минус метода – частая замена картриджей.
Если необходимо провести очистку от извести воды из скважины, поступающей в объёмах от 4 до 800 м3/час и имеющей взвешенные частицы 5 – 500 мкм, то весьма перспективным вариантом может быть применение дисковых фильтров, которые промываются автоматически.
Профилактические меры
Полное обеззараживание и ремонтом конструкций проводят один раз в 5-7 лет. Чтобы минимизировать затраты и предупредить загрязнение воды, нужна регулярная облегченная очистка с дезинфекцией. Если колодец эксплуатируют постоянно, то достаточно одной процедуры в год. На летних дачных участках мероприятия осуществляют в начале и конце сезона.
Чтобы предупредить попадание дождя и сточных бытовых вод в скважину, вокруг конструкции обустраивают глиняный замок. Устройство выполняет роль гидрозатвора, уместно на территории с риском паводков или заболоченности. Элемент ограждает бетонные кольца от засорения почвой и верхними грунтовыми водами.
Для создания замка вокруг колодца выкапывают траншею, глубина которой в пределах 1,7-2 м и шириной до 1 м. Ров засыпают плотной («жирной») глиной с высокой степенью вязкости. Влажное вещество утрамбовывают вокруг бетонных колец. Чтобы вода стекала, над землей устанавливают верхнюю часть конструкции.
Правильно подобранный донный фильтр самостоятельно справляется с дезинфекцией влаги в колодце. Устройство очищает жидкость химическим и физическим способами. Вместе с традиционными кварцевым песком и речной галькой добавляют цеолит. Жадеит (банный камень) очищает от тяжелых металлов и препятствует движению материалов нижнего слоя.
Если колодец стоит на плывуне или вода поступает под большим напором, тогда нужен донный щит. Сетка из железных сплавов разрушается под воздействием коррозии и вещества проникают в питьевую влагу, что может влиять на вкус или цвет. Конструкции из осины не гниют, не изменяют аромат и дополнительно дезинфицируют жидкость.
Оголовок несет не только декоративную функцию, но и предотвращает загрязнение колодца. Вода в закрытой скважине не цветет, во внутрь не попадает листва, пыль или мертвые животные (насекомые). Конструкцию в виде крышки или навеса можно собрать из древесины, камня или сайдинга, подстраивая под дизайн ландшафта.
Солёная вода и полив растений
Вопрос:
Ситуация следующая: Мы с мужем живём в Арабских эмиратах у нас большой сад, где мы выращиваем тропические деревья : манго, банановые, финиковые и другие пальмы. С недавних пор начали заниматься продажей саженцев. Вопрос одного из клиентов поставил меня в тупик. Местность наша — на берегу океана, поэтому даже пресная подземная вода из скважин содержит соли. Какая допустимая концентрация соли в воде должна быть для полива таких деревьев? Сможете ли вы мне помочь с этим вопросом или Вы сможете подсказать, где я могу найти такого рода информацию? Спасибо заранее. Ирина.
Ответ:
Уважаемая, Ирина!
Вода — прекрасный растворитель; поэтому в природе нет вод, которые не содержали бы некоторого количества каких-либо веществ. Даже кристально чистый ручеёк — и тот содержит в своей воде какие-нибудь растворённые вещества. От растворённых веществ и зависит вкус воды разных источников.
Солёность воды — это количество твёрдых солей (в основном хлорида натрия NaCl) в граммах, растворённое в 1 кг морской воды.
Измерить солёность воды можно несколькими способами: по плотности с помощью специального прибора ариометра, по водородному показателю среды с помощью рН-метра (оптимальная кислотность — 8,0 — 8,5 pH), или по электропроводности, определённой прибором солемером при заданной температуре.
Вода для полива растений не должна иметь высокую концентрацию солей. Ниже приводится оценка воды по электропроводности по Зонневельду:
1. ниже 0,75 мСм/см — хорошая,
2. 0,75 – 1,5 мСм/см — пригодная,
3. 1,5 – 2.25 мСм/см — концентрация солей высокая,
4. выше 2,25 мСм/см — концентрация солей очень высокая.
Для полива растений лучше использовать воду с ЕС 0,75-1,5 мСм/см. Если вы вынуждены работать с водой, ЕС которой находится в пределах 1,5-2.25 мСм/см, то очень правильно надо подойти к вопросу выбора субстрата. Основное требование, которое надо при этом учесть – возможность его промывки в случае накопления солей. В этом случае предпочтение лучше отдать инертным субстратам, таким как минеральная вата, кокос, перлит. Если предпочтение отдается торфяным субстратам, то надо предусмотреть добавление до 50% перлита. Вода с высокой и очень высокой концентрацией солей не может быть использована в теплицах без предварительной очистки от солей. Учитывая важность качества поливной воды при поливе, возрастает необходимость периодических анализов поливной воды и корректировки ее показателей.
В природных условиях вода всегда содержит растворенные соли, газы и органические вещества. Их количество и состав могут меняться в очень широких пределах. При концентрации солей до 1 г/кг воду считают пресной, до 25 г/кг — солоноватой, свыше — соленой. Соленость воды в Океане колеблется около 35 г/кг. Соленость морской воды может быть как ниже, так и выше этой величины. Максимальные концентрации солей наблюдаются в соляных озерах (до 300 г/кг) и в глубокозалегающих подземных водах (до 600 г/кг).
Обычно на 1000 граммов океанской воды приходится 35 граммов растворённых веществ — различных солей. Солёность морской воды принято считать не в процентах, т. е. в сотых долях, а в промиллях, т. е. в тысячных долях. Таким образом, солёность океанской воды будет равна 35 промиллям, и обозначается это так: 35 %. Состав солей воды океанов везде почти одинаков. Таким образом, оптимальная соленость морской воды составляет в пересчёте на твёрдый хлорид натрия NaCl 35 грамм соли на 1 л. пресной воды, что соответствует концентрации соли примерно 35 ppt (35 частей на одну тысячу).
Морская вода на вкус горьковато-солёная, неприятная для питья. Солёный вкус морской воде придаёт входящая в её состав поваренная соль (хлористый натрий) —та соль, которую мы употребляем для еды. Она составляет 78 процентов всех веществ, растворённых в водах океанов. Если бы мы могли выпарить все океаны, то дно их покрылось бы слоем соли толщиной в 60 метров. Во многих странах часто добывают соль на берегу моря, выпаривая морскую воду в небольших бассейнах. Горьковатый неприятный вкус морской воды объясняется, главным образом, присутствием в ней так называемых солей магния.
Океанская и пресная воды по составу растворённых в них веществ совершенно различны. В морях и океанах главную часть составляют хлориды — соли соляной кислоты (например, поваренная соль и др.), а в водах рек — карбонаты — соли угольной кислоты (например, мел, известняк и др.). В составе солей океанской воды хлориды составляют около 90 процентов, а карбонаты всего 0,3 процента. В речной воде солевой состав совсем другой: карбонаты здесь составляют 60 процентов, а хлориды лишь 5 процентов. Кроме этих веществ, морская и пресная воды содержат ещё в больших количествах соли серной кислоты — сульфаты (например, гипс, алебастр, глауберову соль и др.).
Соли попали в воду океана одновременно с возникновением самих океанов. Образование земной коры происходило при высоких температурах. Различные вещества в виде газов выделялись из земли и носились тогда в атмосфере. Последующее охлаждение земной коры вызвало обильные дожди. Они захватывали с собой те вещества, которые носились в атмосфере. Таким образом, «очистилась» атмосфера молодой Земли, а воды, заполнившие огромные котловины на её поверхности, оказались солёными. Солёность вод мирового океана такая же древняя, как и сам океан. И действительно, все самые древние ископаемые водные животные являются морскими организмами, жившими в солёной воде.
Опресняющая же роль современных рек, которые вносят воду с материков в моря и океаны, ничтожна. Реки дают только 30 000 кубических километров пресной воды в год. Это ничтожно мало по сравнению с общим объёмом океанов и морей. Солёность морской воды приносит много неприятностей. Поэтому в островных странах, например, на Кипре морскую воду опресняют специальными опреснителями. В них морскую воду выпаривают, а собираемый пар, охлаждаясь, даёт желанную пресную воду. Изобретены также химические опреснители и специальные фильтры. Но они пока достаточно дорогие.
Вода — матрица жизни всех живых существ, основа обмена веществ, изменяя свою структуру, свои физико-химические свойства, она регулирует жизненные процессы. Без воды невозможны любые формы жизни. С водой связаны и синтез веществ, и процессы дыхания, и разложения сложных соединений, которые проходят в клетках всех живых организмов. В процессе жизнедеятельности постоянно расходуются одни вещества и образуются другие. Часть вновь образовавшихся молекул остается в клетке, часть транспортируется в другие клетки или выводится в окружающую среду. Для обеспечения процесса жизнедеятельности необходим постоянный подвод исходных составляющих и отвод из клетки побочных продуктов, образовавшихся в ходе биохимических реакций.
Транспорт молекул воды осуществляется по специально организованным передающим тканям. Перед тем, как попасть в клетку или выйти из нее, все вещества должны пройти через клеточную мембрану, отделяющую клетку от внешней среды. Процессы обмена веществ на мембранах тесно связаны с химическим составом воды. Содержание различных солей оказывает влияние на то, какие вещества и в каких количествах будут поступать в клетку или выходить из нее. Продукты, необходимые для жизнедеятельности организма, обычно транспортируются через мембрану в виде заряженных ионов. Транспорт может осуществляться активно — с использованием богатых энергией соединений или пассивно, за счет собственной кинетической энергии ионов. Пассивный транспорт — диффузия различных ионов через мембрану — осуществляется с разной скоростью. Относительная способность разных ионов диффундировать через мембрану определяет коэффициент проницаемости Р. Легче других проникает через мембраны ион К , поэтому значение Р для К условно принимают за 1,0. У водоросли Nitella коэффициент проницаемости для ионов Na и Cl‾ равны 0,18 и 0,033 соответственно. Скорость проникновения ионов через мембрану зависит также от разности концентраций данного иона по обе стороны мембраны. Чем больше разность концентраций, тем больше ионов диффундирует в сторону меньшего их содержания. Кроме диффузии, идущей за счет разницы концентраций, существует активный транспорт ионов, при котором движение осуществляется за счет разности электрохимических потенциалов через специальные участки мембраны. Это движение может осуществляться и от меньшей концентрации к большей. Движущей силой процесса в этом случае является запас энергии в форме молекул АТФ.
Упрощенно структура живой клетки выглядит следующим образом: внутри клеточной стенки (сравнительно жесткого образования) располагается протопласт (живая часть клетки), в котором заключены все клеточные организмы, находящиеся в сложном растворе — цитоплазме. Клетки простейших бактерий (прокариот), животных (эукариот) и растений представлены на рисунках ниже.
Клетка бактерий
Клетка животных (эукариот)
Клетка растений
Клеточная стенка имеет избирательную проницаемость для различных ионов, то есть различные вещества проникают сквозь мембрану с разными скоростями. Это определяется их различной растворимостью отдельных составляющих мембраны и различными скоростями перекачивания при активном транспорте. В результате образуется неравномерное распределение ряда веществ по обе стороны мембраны. Клетки растений активно накачивают калий, а близкий к нему натрий, наоборот, выталкивается в окружающую среду. Из-за более высоких концентраций некоторых ионов внутри клетки создается осмотическое (диффузное) давление, характеризующее стремление раствора, отторгнутого мембраной, к снижению концентрации (разбавлению). Осмотическое давление может достичь десятков атмосфер. Это давление создает напряженное состояние клеточной оболочки.
Напряжение мембраны зависит также от внешнего раствора. В зависимости от отношения осмотического давления внешнего раствора к давлению в клетке растворы подразделяются на три группы. Изотонические — в них разница давлений невелика (менее 0,5—1,0 атм); гипертонические — их давление выше, чем в клетке; противоположные им — гипотонические. Если клетка находится в гипертоническом растворе, то из нее происходит откачка воды, что приводит к уменьшению размера клетки и сжатию мембраны. Из гипотонических растворов вода поступает в клетки, что приводит к их набуханию (вплоть до разрыва мембраны) и потере части активных веществ.
Совокупность процессов регулирования осмотического давления жидкостей организма носит название осморегуляция. Этот процесс обнаружен у большинства организмов. У пресноводных рыб вода вместе с содержащимися в ней солями активно поступает в клетки через поверхность тела и жабры и выводится из организма через почки. У солоноводных рыб попавшая в организм вода выводится через кожные покровы, a NaCl выводится главным образом через жабры за счет специальных желез. Водные растения и пресноводные рыбы удовлетворяют потребность организма в ионах, поглощая их непосредственно из воды. Если она не содержит необходимые элементы, то при нормальном соотношении осмотических давлений происходит изменение содержания отдельных элементов, то есть изменение отношения ионов в организме. В ряде случаев это приводит к нарушению биохимических процессов.
В ходе экспериментов с пресноводными рыбами обнаружено, что они неплохо переносят изотонические растворы, полученные разбавлением морской воды, в то время как гипотонические растворы одной из солей — калия, магния, натрия или кальция — действовали смертельно. Был получен ряд токсичности ионов основных металлов:
Na < Ca2 , Mg2 < K
Опыты показали, что воздействие на рыб оказывает содержание Na в крови. При повышении концентрации Na в воде соответственно увеличивается его содержание в крови, а содержание К уменьшается. При повышении концентрации калия происходит обогащение организма натрием. Так что калий оказывает косвенное токсическое воздействие. Обогащение рыб натрием дифференцировано в зависимости от пола рыбы. Кровь самок быстрее обогащается натрием (возможно за счет реакции яичников).
При поглощении Na требуется большое количество энергии. При ассимиляции Na организмом происходит его замещение на NH4 . Аммоний может выделяться организмом из органических азотсодержащих соединений. Таким образом, повышенное потребление натрия приводит к нарушению белкового обмена. У растений повышение концентрации натрия приводит к блокаде поступления ионов калия через мембраны клеток. Растение может испытывать калийное голодание даже при достаточно высоком абсолютном содержании калия.
Анионы также имеют различное воздействие на обитателей. Так, нитраты для рыб значительно более ядовиты, чем хлориды. Для растений наиболее токсичны хлорид-ионы Cl‾, затем следуют сульфати карбонат-ионы (SO42‾ и СO32‾).
Кроме осмотического давления и абсолютного содержания того или иного иона в воде большое физиологическое значение имеет соотношение ионов, растворенных в воде. В первую очередь это относится к четырем ионам: K и Na , Mg2 и Са2 . Эти ионы попарно близки по химическим свойствам, и поэтому относительно транспорта через мембраны клеток являются антагонистами. Повышение относительной концентрации одного из ионов приводит к снижению поступления в клетку другого. Большинство природных вод имеет приблизительно равное суммарное содержание одновалентных и двухвалентных ионов. К такому соотношению приспособлены процессы жизнедеятельности водных организмов. Конечно, в различных регионах земного шара состав воды различен, но организмы имеют возможность приспосабливаться к некоторым изменениям химического состава.
Разные виды флоры и фауны чувствительны к различным концентрациям соли в среде обитания. Существуют морские, солоноватые и пресноводные виды растений и животных, а некоторые микроорганизмы – галофильные бактерии, обитающие в тёплых водах Мёртвого моря способны жить и размножаться при 30 %-ной концентрации соли в среде.
Проблема адаптации организмов к солёной воде связана с осморегуляцией. Соленость внутриклеточной среды организма, оптимальная для его жизнедеятельности, более или менее постоянна, причем невелика (7-10 % или около 1 %). Почти во всех случаях жизни соленость организма иная, чем у среды. В пресной воде животное более соленое, чем вода (гиперосмотично), в морской – менее соленое (гипоосмотично). Возникает осмотическое давление и связанные с ним проблемы. В пресной воде через покровы животного постоянно просачивается вода, и оно распухает. А если ее интенсивно удалять, вместе с ней выводятся растворенные ионы, а добыть новые трудно. Наоборот, в морской воде вода уходит через покровы, и тело съеживается, а глотание воды приводит к поглощению большого количества солей, и с ними надо что-то делать. Если говорить проще, то пресная вода стремится организм опреснить, а соленая – засолить. И все морские организмы эту проблему вынуждены решать различными способами. Первый, наиболее логичный — сделать покровы непроницаемыми. Это называется осмоизоляция, что на практике недостижимо. Гораздо лучше и эффективнее — использование активного транспорта ионов для изменения солености. Живые клетки умеют это делать, хотя и с затратой энергии. Более того: специально обученные белки могут захватывать и перемещать через мембрану избранные ионы (например, Na), причем даже против градиента их концентрации. И вот этот инструмент оказывается главным. Вот несколько наиболее распространенных типов ферментов, обеспечивающих направленный транспорт и накопление ионов в живых клетках.
Фермент Na-K-ATPаза обеспечивает перемещение Na из клеток в обмен на K , поступающий в клетку. Этот фермент особенно активен в клетках жабер, почек, кишечнике, ректальной и солевой железах. В обмен на три выведенных иона Na в клетку обеспечивает поступление двух ионов K , при этом гидролизуется одна молекула АТФ. В результате соотношение калия и натрия в клетке может достигать 10:1.
H-K-ATPаза обычно входит в кислый секрет желудочно-кишечного тракта и обеспечивает транспорт H из клеток в обмен на K , поступающий в клетки (то есть обеспечивает повышенную кислотность внеклеточной среды.
Ca-ATPаза обеспечивает вынос Ca из клетки. Ее работа поддерживает низкий уровень кальция в цитоплазме, что позволяет использовать кальций в качестве сигнального элемента. Внутриклеточное содержание кальция составляет в среднем 10-7 – 10-6 М, притом что внеклеточное может достигать 10-3 М.
В пресной и морской воде должны работать разные системы водно-солевой регуляции. В таблице приведена способность к осморегуляции для различных организмов. Для кишечнополостных, иглокожих и полихет разница между внешней и внутренней солёностью составляет обычно 0.2-0.5 %, для моллюсков 1-3 %, для раков и личинок насекомых с водным дыханием 3-10%, для морских рыб – достигает 20-25‰ (у пресноводных рыб находится в пределах 5-10 %). Оптимальная для жизнедеятельности внутренняя соленость – 7-10 %. Поэтому пресноводным животным (с внешней соленостью 0) достичь ее заметно легче, чем морским (с внешней соленостью 33).
Таблица. Способности к осморегуляции у разных организмов.
морские виды
общая соленость, г/л
разница внешней и внутренней солености, г/л
Морская вода
34,0
Медуза Aurelia
33,2
0,7
Морской еж Echinus
33,7
0,2
Пескожил Arenicola
33,7
0,2
Мидия Mytilus
37,2
3,2
Креветка Palaemon
25,5
8,5
Акула Raja
15,4
18,6
Мурена
11,8
22,2
Скумбрия
10,6
23,4
пресноводные виды
общая соленость, г/л
разница внешней и внутренней солености, г/л
Пресная вода
0,15
Беззубка Anodonta
1,2
1,1
Водяной ослик Asellus
7,8
7,7
Мотыль Chironomus
3,2
3,1
Личинка комара Aedes
4,2
4,1
Лосось Salmo
8,5
8,4
Рекордсмены по устойчивости к солёности среди животных – это листоногие раки – жаброноги Artemia salina. Мощные системы прокачки ионов на жабрах позволяют им жить при практически любой солености – от 0 до 100%. Причем даже в условиях быстро меняющейся солености. Несколько менее известные, но также продвинутые осморегуляторы – личинки комаров Chironomus salinarius и Aedes caspius (они выносят от 0 до 60-70‰). Наконец, в соленых озерах (и даже лужах) поселяются взрослые водные жуки и клопы – довольно много видов, обитающих именно в таких водоемам. Но им, с их воздушным дыханием, перестроиться проще.
Насекомые и раки вообще достигли огромных успехов в создании покровов, через которые проходит кислород и углекислота (то есть можно дышать), но не проходит все остальное. Это, если подумать, замечательный путь приспособолений не только для осморегуляции – еще для наземного обезвоживания, а заодно защиты от токсикантов. Например, личинки слепней часами спокойно живут в формалине практически любой концентрации; только 96-й этанол фиксирует их.
Еще одна адаптация к солёности среди организмов – так называемый солевой анабиоз, наступающий при сильном, но временном повышении солености (например, в тех же соленых озерах во время засухи). Некоторые мелкие беспозвоночные умеют при этом, потеряв до половины внутренней воды, скукожиться и как бы окуклиться на несколько дней или даже недель. Такое известно для ряда простейших, нескольких коловраток, даже полихет (Nereis diversicolor, Fabricia sabella) и гарпактицид (Harpacticus fulvus).
Относительно растений, то это солончаковые растения и микроводоросли, способные выдерживать концентрации хлорида натрия от 30% и выше.
Ниже на диаграмме показана обобщенная картина изменения разнообразия жизни при различном градиенте солености. Существуют два пика разнообразия – острый пресноводный, при солености 0-5 %, и несколько более размазанный морской, при солености 20-40 %. Между ними – провал, заполненный узкой прослойкой солоноватоводных видов). Справа от морского пика наблюдается быстрый спад, а дальше весь оставшийся диапазон солености принадлежит немногим видам пресноводного происхождения.
Диаграмма изменения разнообразия жизни при различном градиенте солености.
Верхним пределом распространения животных считается соленость около 20 %, бактерий – около 30 %.
Таким образом, суммируя вышесказанное, в качестве питьевой воды и воды для полива растений пригодна вода с концентрацией солей от 100 мг/кг до 1000 мг/кг. Оптимальным значением соли является концентрация 500 мг/кг при значении кислотно-щелочного баланса pH=6-8. Чтобы максимально обессолить и сделать более пригодным воду для полива растений можно удалить присутствующие в ней соли методом замораживания-оттаивания воды, о чём уже неоднократно сообщалось на нашем сайте. Или можно попробовать следующую несложную процедуру. Налейте воду в большую ёмкость и прокипятите её. Затем остудите её желательно при низкой температуре (при этом часть солей выпадет в осадок) и берите для полива только верхнюю треть воды, остальные две трети слейте в канализацию. Там осталась максимальная концентрация солей, не полезных вашим растениям. При незначительной жесткости достаточно прокипятить воду в течение 5-10 минут. Соли выпадут в осадок и останутся накипью на посуде. Но будьте аккуратны при поливе такой водой растений, поскольку при кипячении содержание кислорода в воде уменьшается.
Более подробно про то, какую воду лучше использовать для полива растений смотрите на нашем сайте по этой ссылке: /article/answer/voda_dla_poliva_ractenii.htm
С уважением,
к.х.н. О.В. Мосин
Топ-5 схем водоочистки для частного дома
Правильный выбор комплекта технологического оборудования подразумевает не только разумный уровень финансовых затрат. Тщательная подготовка помогает оптимизировать схему водоочистки с учетом особенностей реальной эксплуатации. Для корректной реализации проекта пригодится представленная ниже информация.
Для снабжения частного дома часто применяют индивидуальные источники. Такое решение позволяет самостоятельно контролировать потребительские параметры жидкости.
Воду без посторонних примесей можно использовать для питья и приготовления пищи, стирки вещей и мойки автомобиля. При минимальном уровне жесткости бытовая техника выполняет свои функции с максимальным КПД.
Отсутствие железа предотвратит появление на видных местах некрасивых пятен ржавчины.
Вводная часть статьи объясняет не только преимущества качественной очистки. Понятна необходимость внимательного изучения состава примесей. Эта информация нужна для точного выбора функциональных компонентов специального оборудования.
В простейших инженерных сооружениях (колодцах, скважинах на песок) относительно большое содержание следующих загрязнений:
- бытовых и промышленных отходов;
- удобрений;
- биологически активных микроорганизмов;
- ила, песка, других механических примесей.
Чтобы отделить перечисленные компоненты с помощью природной фильтрации увеличивают глубину источника. В артезианских скважинах меньше органики, «следов» человеческой деятельности. Однако увеличивается концентрация:
- сероводорода;
- соединений железа;
- солей.
Точный вывод может дать фирма, которая занимается очисткой воды, а потом сделать по результатам лабораторного анализа. Пробы набирают в чистую тару с заполнением до пробки без воздушного промежутка. Желательно использовать период паводков, когда уровень загрязненности – максимальный.
В развернутом исследовании заказчику передают данные по десяткам позиций. Но и упрощенный вариант лучше по сравнению с упрощенной оценкой тестовыми индикаторными полосками. Официальный документ, заверенный подписью исполнителя, пригодится для профессионального проектирования. Эти данные помогут контролировать объективно эффективность установленного комплекта оборудования.
