Кальций – друг или недруг

Многие управляющие бассейнами выражают инстинктивную озабоченность, когда слышат о том, что использование гипохлорита кальция в регионах с жесткой водой обуславливает известковые отложения на стенках бассейна и внутренних стенках системы бассейна или даже мутную ("молочную") воду. На самом деле, это не более, чем популярный миф и те управляющие бассейнами, кто значительное время использовал кальций, знают, что виновником этих двух проблем в действительности является щелочность. Термин "сбалансированная вода" означает увеличение жесткости по кальцию для предотвращения коррозии путем создания жесткого тонкого защитного слоя известковых отложений и уменьшение щелочности до уровня, который будет наилучшим для бассейна и для pH. Поддерживая воду в сбалансированном состоянии, Вы не увидите в своем бассейне ни мутной воды, ни известковых отложений, а срок службы оборудования увеличится, вместе с тем, как вода с применением гипохлорита кальция приобретет новый оттенок, станет более голубой и красивой. Здесь Алан Джонс рассказывает как и почему это возможно.

Щелочность воды – это способность воды нейтрализовать ионы H+ при их добавлении в воду (посредством добавления растворов кислоты). Роль нейтрализирующих компонентов ионов H+ в воде бассейна играют, в основном, ионы HCO3- (бикарбонаты) и, гораздо меньше ионы CO3-- (карбонаты). Ионы ОН-, фактически, не определяют щелочность воды бассейна, так как уравновешиваются ионами H+ при pH бассейна 7.2-7.4, т.е. при почти нейтральной воде.

На графике (рис.1) показано, как видоизменяется структура карбонатных компонентов (H2CO3, HCO3-, CО3-- ), в пределах изменения pH от 4 до 13. Изначально, при pH=4, 100% карбонатов представлено в виде углекислой кислоты H2CO3. Её содержание уменьшается с увеличением pH и происходит увеличение содержания бикарбонатных ионов HCO3-, пока их концентрации не сравниваются при значении pH 6-6.5, в точке пересечения кривых углекислоты и бикарбонатов.

При дальнейшем увеличении pH до 8-8.5 бикарбонаты начинают доминировать при лишь небольшом присутствии углекислой кислоты H2CO3 и карбонатного иона CO3- , и, при еще большем pH, возрастает содержание карбонатного иона, и он становится доминирующим видом карбонатов.

При уровнях pH для бассейна (выделено прямоугольником на графике), когда почти все содержание карбонатов это бикарбонаты HCO3- с небольшим содержанием углекислоты, вода все же содержит достаточное количество карбонатного иона для насыщения воды и образования тонкого слоя известковых отложений CaCO3 для предотвращения коррозии.

Заметим, однако, что при увеличении pH бикарбонат теряет ион водорода и образует карбонатный ион.

Карбонатный ион затем комбинируется с любым ионом кальция и формирует карбонат кальция, и, если, индекс насыщения достаточно положителен (>= 0.5), возникают известковые отложения.

Поэтому, известковые отложения обусловлены преобразованием бикарбонатов HCO3- в карбонатные ионы CO3--.

Буферизация - это мера устойчивости уровня pH к добавлению в систему кислоты или основания (щелочи). Эта устойчивость максимальна, когда кислота и ее соль представлены в равной степени воде бассейна и минимальна, когда представлена только одна форма. Главный помощник буферизации это бикарбонатный ион в равенстве с угольной кислотой. Заметим, что буферизация и щелочность тесно связаны, т.к. фактически, щелочность является буфером, замедляющим изменение pH в воде бассейна.

Кривая зависимости концентрации угольной кислоты (рис.2) от pH медленно убывает при добавлении основания и, как следствие, угольная кислоты из 100% формы (H2CO3) в 50% форму (HCO3- бикарбонаты). В области (A) от 90% до 60% pH увеличивается также довольно медленно. Это иллюстрирует максимальную буферизацию.

Если мы посмотрим на область (B), то увидим, что pH увеличивается быстрее, иллюстрируя только среднюю буферизацию.

В области, помеченной (С) кривая пологая показывает стремительное изменение pH от 7.8 до почти 9 при изменении содержания углекислоты всего лишь от 48% до 52%. В этой области присутствуют только бикарбонаты и буферизация минимальна.

При pH выше уровня pH для бассейна почти вся щелочность обусловлена бикарбонатами, а буферизация, предотвращающая формирование избыток карбонатных ионов, мала.

Если мы посмотрим теперь на комбинированный эффект буферизации и карбонатного равновесия (рис.3), мы увидим, что уровень pH для бассейна (выделен прямоугольником на графике) находится в области умеренной буферизации, а также в области, где щелочность представлена в бикарбонатами. Угольная кислота присутствует в достаточной мере, чтобы обеспечить небольшую буферизацию, однако при немного большем pH буферизация становится минимальной.

В области значений pH выше уровня pH для бассейна больше бикарбонатов преобразовано в карбонатные ионы и более вероятно превысить максимальную растворимость карбоната кальция СаCO3 (15 мг/л), что обуславливает мутность воды и известковые отложения. Данный эффект слабо зависит от кальциевой жесткости воды так как карбонатный ион будет образовывать карбонат кальция с любым кальцием в бассейне.

Заключение: многие бассейны в регионах с жесткой водой, включая также бассейны с морской водой, используют hth гипохлорит кальция и получают все преимущества, которые данный вид хлора дает бассейну. Более 50% бассейнов в Великобритании перешли от использования гипохлорита натрия к использованию hth из-за дополнительных преимуществ и его возможности продлять срок жизни оборудования бассейна. Меньшее количество химреагента для корректировки pH (примерно на 60% меньше) и таким образом меньшее общее количество растворенных частиц, обуславливающее коррозию металлических частей оборудования бассейна.

Поддерживайте воду в сбалансированном состоянии с минимальной общей щелочностью, необходимой для обеспечения буферизации (80-120 мг/л). Держите pH на уровне 7.2-7.4, для улучшения буферизации и минимизации образования известковых отложений. Обеспечивайте достаточное количество кальция в воде для насыщения воды и предотвращения коррозии с помощью тонкого слоя известковых отложений, уменьшая возможность мутной воды и излишних известковых отложений с помощью корректировки щелочности и pH.