Почему так важен водородный показатель?

Уже неоднократно говорилось и писалось о том, что уровень рН воды в бассейне — это крайне важный показатель. Уровень просвещенности в вопросах водоподготовки растет быстрее количества самих бассейнов, но, даже по сегодняшним наблюдениям, «Его Величеству рН» все еще уделяется недостаточно внимания.

Мы постоянно твердим о необходимости корректировки уровня рН и при этом не заботимся о том, чтобы убедительно объяснить, насколько и почему это важно. Объяснения, встречающиеся в статьях и обзорах, посвященных обработке воды, зачастую сводятся к внешним проявлениям, сопровождающим изменения уровня рН. Если уровень низкий — жди в гости повышенную коррозию, если высокий — быстрее растут водоросли, ускоренными темпами выделяется известь, раздражаются слизистые, и в обоих случаях неэффективно работают химпрепараты. Все это, разумеется, никто не собирается оспаривать. Но это далеко не всё, что заставляет уважать рН в нашем нелегком деле «чистовододеланья». Давайте попробуем немного расширить круг знаний любознательного читателя, да и «швиммайстера» тоже.

уровень рН — это отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации свободных диссоциированных ионов водорода. Думаю, стоит поподробнее разобраться, что же это такое.

Начнем с того, что вода — самое необыкновенное вещество на нашей планете. Примеры необыкновенности воды многие знают. Это и то, что только вода на планете существует одновременно в трех агрегатных состояниях, и то, что она обладает памятью, и то, что это единственная жидкость, расширяющаяся при замерзании, и ещё огромное количество необычных её свойств. Особенно важно такое свойство воды, как способность ее молекул распадаться или, иначе сказать, диссоциировать на ионы водорода Н- и гидроксил-ионы ОН-. Такому распаду подвержены (в т.н. идеальных условиях) примерно 0,0000018 г воды на каждый литр. Это количество соответствует 10-7 моля. Отсюда тот самый логарифм равен 7. Вот так, чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, датским химиком Сёренсеном было введено понятие водородного показателя — рН (р — начальная буква датского слова potenz-математическая степень, Н — символ водорода). Проще говоря, водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде.

Как мы уже говорили, в идеально чистой дистиллированной воде рН = 7. Кроме того, в любом растворе, в котором концентрации ионов водорода и гидроксила одинаковы, рН = 7. Такой раствор называется нейтральным. И, соответственно, чем дальше рН отклоняется от 7 в ту или другую сторону, тем раствор либо более кислый, либо более щелочной.

Как измерить водородный показатель, читатели наверняка знают, поэтому подробно об этом рассказывать незачем. Скажу только, что существует множество способов и средств измерения (калориметрические, фотометрические, потенциометрические) от лакмусовых бумажек до цифровых фотометров. Какими препаратами пользоваться, решать также должны сами потребители. Хочется только сказать, что и состав и качество таких препаратов у разных производителей также отличается. Гранулированные препараты для ручного дозирования должны быть адаптированы для минимального влагопоглощения, т.к. действующее вещество очень гигроскопично. Они должны максимально подвержены гидролизу (способны максимально насыщать воду свободными ионами водорода), иметь хорошую скорость растворения. К жидким препаратам также предъявляются всё более высокие требования: наличие стабилизаторов, ингибиторов коррозии, катализаторов, ускоряющих процесс диссоциации. ООО «Лайнэкс» уделяет большое внимание изучению этих качеств, и, на основании имеющегося опыта, можно с уверенностью сказать, что такими качествами в полной мере обладают препараты немецких производителей Chemoform и Dinotec.

Важность показателя рН велика и в природе, и в технике. Организм человека всецело зависит от уровня рН крови, кожи, слез, мочи, желудочного сока и даже волос. От этого зависит состояние соответствующих органов и, самое главное, миллионов химических процессов, происходящих в его тканях и органах. В зависимости от уровня рН находится даже степень токсичности загрязняющих веществ, т.е. их способность отравлять человека. Для микроорганизмов, обитающих в водной среде, также немаловажен водородный показатель этой самой среды. Ведь от него зависят процессы обмена веществ, подвижность, способность клеток к делению, состояние их оболочки, устойчивость к дезинфектантам. В общем, получается, что уровень рН среды обитания для микроорганизмов даже важнее, чем состояние атмосферы для нас с вами. А это значит, что поддержка нужного показателя рН — уже полдела на пути борьбы с водорослями и бактериями в бассейне.

Влияние уровня рН на скорость и качество химических процессов

Чаша бассейна, глазами химика, — это большая колба с постоянно перемешивающейся и одновременно фильтрующейся водой, куда добавляются различные химические вещества и в то же время попадает огромное количество микроскопических живых существ, органических и неорганических примесей. Есть теория, утверждающая, что именно в таких условиях на Земле зародилась жизнь. Весь комплекс того, что там происходит, нет смысла даже представлять. Мы же не задумываемся о взаимосвязи и глубине всех процессов, обеспечивающих, например, наше самочувствие. Но некоторые аспекты химических процессов действительно оказывают большое значение на их результат. Одним из них является существенная зависимость скорости и качества окисления органических веществ в воде бассейна.

Практически все дезинфектанты, которые мы применяем, принадлежат к разряду окислителей, чем они, собственно, и обязаны своим полезным свойствам. И хлор, и бром, и кислород, и «супермен» озон — все, как один, дезинфицируют воду путем окисления органики, т.е. ненавистных микробов. Их способность окислять, оказывается, почти напрямую зависит от водородного показателя среды. Эту способность (потенциал) так и называют — редокс потенциал или окислительно-восстановительный потенциал.

Редокс-потенциал (от англ. RedOx — Reduction/Oxidation) характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. Этот показатель имеет огромную важность в процессе обработки воды в бассейне, потому что позволяет оценить эффективность её обеззараживания. Чем выше концентрация окислителя, тем он выше. В частности, при обслуживании бассейнов, используется таблица зависимости продолжительности жизни типичных микроорганизмов (E-Coli) от величины редокс-потенциала. Но при значениях рН выше 7.8 интенсивность окислительных процессов снижается и уже почти не зависит от количества обеззараживателей, которые мы добавляем в воду. По этой причине автоматические станции, дозирующие хлор по показателям RedOx, не рекомендуют использовать в общественных бассейнах.

По какой-то причине уровень рН может возрасти до «неприличного», при этом RedOx будет низким, и станция, сочтя количество хлора недостаточным, будет дозировать его в чрезмерных количествах. В таких случаях нужно измерять и непосредственную концентрацию активного хлора.

Многие другие процессы, на которые мы пытаемся повлиять, делая воду чище, тоже зависимы от настроения «его Величества рН». Например, коагуляция с использованием солей железа не так сильно зависит от уровня рН, как с использованием сульфата алюминия. Даже при незначительных отклонениях водородного показателя от требуемой величины мы не только не достигнем желаемого результата, но можем сделать так, что уже флоккулированные частицы будут достаточно мелкими, чтобы <проскочить> через фильтр, и вода останется мутной. Либо процесс флокуляции может и вовсе не состояться. В связи с этим, рекомендуем обязательно справиться о том, при каких уровнях рН рекомендует применять свои продукты производитель.

Зависимость рН от щелочности воды

Очень часто уровень рН путают с таким показателем, как общая щелочность воды. Но рН не напрямую связан с водородным показателем и имеет лишь косвенную зависимость. Щелочность характеризуется совокупным количеством всех щелочных веществ: карбонатов, бикарбонатов, гидроксидов и т.д. Но вот на изменения уровня рН она влияет достаточно сильно. Если общая щелочность воды низкая, то такая вода считается нестабильной и для серьёзного скачка водородного показателя достаточно добавления небольшого количества любого вещества, могущего повлиять на изменение уровня рН, будь то кислотное или щелочное средство. И, наоборот, при высокой общей щелочности вода слишком инертна к добавлению таких средств. В этой ситуации даже небольшой корректировки уровня рН можно добиться, только используя значительное количество средств для его регулировки. Нужно найти золотую середину, и можно быть спокойным: колебания водородного показателя будут весьма незначительными. Это «золото» находится на уровне 80-120 ppm.

Идеальный показатель щелочности воды находится на уровне 80 — 120 ppm

Зависимость рН от жесткости воды

В связи со способностью солей жесткости кристаллизоваться при высоких уровнях рН воды, жесткость воды тоже зачастую связывают с водородным показателем, считая, что понижение уровня рН снижает жесткость воды. Строго говоря, это совершенно не так. Просто жесткая вода требует применения гораздо большего количества средств для снижения уровня рН, т.к. соли постоянной (карбонатной) жесткости обладают щелочной реакцией. Но в слишком мягкой воде «наше Величество» вообще ведет себя, как настроение у капризной барышни, — то резко вверх, то резко вниз. А все потому, что вышеупомянутая общая щелочность низкая (из-за низкого содержания карбонатов). Снова нужно искать золотую серединку. Для карбонатной жесткости воды в бассейне эта серединка находится на уровне 3.0 — 3.5 мг-экв/л.

Идеальный показатель жесткости воды находится на уровне 3.0 — 3.5 мг-экв/л

Итак, учитывая, что любые рассуждения должны привести к какому-то выводу, приходим к заключению, что во избежание массы неприятностей, для облегчения ухода за водой и во избежание облегчения кошелька, Его Величество уровень рН все-таки следует уважать. И доказать свое уважение можно только заботясь о нем, в комплексе со всем тем, от чего он зависит. И да пребудет в норме водородный показатель в наших бассейнах 7.0 — 7.4