所謂水的硬度, 其實是指可溶性鈣、鎂離子及其他重金屬離子在水中含有的濃度, 亦因為鈣、鎂離子在離子濃度
中佔了絕大多數, 所以水的硬度又稱為鈣鎂硬度, 以碳酸鈣或氧化鈣來表示它們存在的數量,其單位是ppm。
KH硬度是「陰離子」(HCO3-)的濃度,而水的硬度是「陽離子」(如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+…)的濃度,
這是不相同的地方之一;此外,KH硬度主要主要用於水體的緩衝作用之探討上,但是水的硬度主要用於顯示水中
含有多少的金屬離子,這是不相同的地方之二。
水的硬度有分永久硬度和暫時硬度兩種,暫時硬度是指鈣、鎂的碳酸氫鹽的濃度,因此若水的硬度中暫時硬度越
高, 碳酸氫鹽的含量也越多,而KH值也越高。雖然水的硬度通常以碳酸鈣的濃度表示,但其實連鎂、鈣、鐵等等
離子的濃度都要計算在內。
KH值不能太低, 否則會造成水中的離子緩衝不足,容易造成pH值變化。一般水草缸最好將KH值維持在3-8之間, 而
pH值就大約維持在6.2 - 6.8之間。由於KH & pH值的高與低和水源的水質有關,若要調整KH值的高低, 只改變CO2
的供應量是無效的, 要使用KH調整液才會有較明顯的效果,但不能持久, 所以如果KH值指標已經在可接受的範圍,
應該避免再浪費金錢去作出調整。
KH太低會影響Co2對光合作用之效能:
在光質, 光度或光環境為相同的狀態之下,水草進行光合反應的速率與CO2的作用濃度成正比。參與光合
反應的無機碳源,除了CO2為大家所熟悉之外,水草也可以利用H2CO3、HCO3-或CO3-作為碳源。
在所有的無機碳源中(包括CO2),以H2CO3參與的反應速率最快,因此如果水中H2CO3之相對含量越高, 則水草
的光合作用將會比較旺盛。
當KH值越高時,HCO3-濃度也越高。而HCO3-會成為水體中主要的鹼度來源,理由如下:
HCO3- + H2O ←→ H2CO3 + OH-
在上述的可逆反應中, 能夠提供H2CO3作為水草進行光合反應之用,而H2CO3的生產濃度與HCO3-的存在
濃度(即KH值)成正比。但在水草消耗H2CO3的同時,HCO3-的濃度也會跟著下降;
CO2在水中的溶存量與OH-有關,在OH-濃度高時,CO2因為下面的反應得以被大部分被保存下來:
CO2 + OH- → HCO3-
所以如果在pH值較高之時將co2打入水草缸, 能夠留在水體中的co2會較多而減少浪費, 換句話說, CO2的經濟效益
也比較高。
總結上文,如果在高KH值時打入越多的CO2,產生的H2CO3濃度也會越高,而水草的光合作用也必定越旺盛;
相反如果在KH值低的情況下打入多量的CO2,由於H2CO3的產生濃度會受到KH值的限制,不能效提地提高光合反應
的速率, 結果很容易造成CO2的浪費。
如果KH值太低,即使輸入大量的CO2都只是徒然的, 對增加水草光合作用的速率並沒有幫助, 反而影響氧氣
或CO2的比例,令水中生物蒙受窒息的機會大大提高。換而言之, KH值先要提高才可以增加CO2的利用比率, 增加
光合作用的速率。不過要緊記, KH值並不是越高就越好, 因為KH值越高所產生的鹼度(OH-)也越多,繼而產生較高pH
值,會令魚兒與水草難以適應。
暫時硬度 & KH硬度
暫時硬度並不是KH硬度,但是
兩者有密切的關係。如何區分請先看下面反應式:
Ca(HCO3)2 ←→ Ca2+ + 2 HCO3-
【Ca2+】就是暫時硬度, 而【HCO3-】就是KH硬度(重碳酸鹽硬度)。換句話說, 暫時硬度就是指能與HCO3-結合,
並在加熱之後, 能產生碳酸鹽沉澱的鈣、鎂等陽離子濃度;而KH硬度則只能顯示HCO3-(陰離子)濃度,無法表示
水中碳酸鈣及碳酸鎂的含量。
pH 與 KH 關係:
請參考下列化學反應式:
HCO3- + H2O ←→ H2CO3 + OH-
當KH值(HCO3-)高時,OH-濃度就會相對地增加,所以pH值同樣會高, 反之亦然。請參考PH值/CO2含量/碳酸鹽硬度之關係圖:
PH值 /CO2含量/碳酸鹽硬度之關係圖 |
KH \ PH |
CO2過高 |
CO2適量 |
CO2過低 |
6.0 |
6.2 |
6.4 |
6.6 |
6.8 |
7.0 |
7.2 |
7.4 |
7.6 |
7.8 |
8.0 |
硬度過低 |
0.5 |
15 |
9.3 |
5.9 |
3.7 |
2.4 |
1.5 |
0.93 |
0.59 |
0.37 |
0.24 |
0.15 |
1.0 |
30 |
18.6 |
11.8 |
7.4 |
4.7 |
3.0 |
1.86 |
1.18 |
0.74 |
0.47 |
0.30 |
1.5 |
44 |
28 |
17.6 |
11.1 |
7.0 |
4.4 |
2.8 |
1.76 |
1.11 |
0.70 |
0.44 |
2.0 |
59 |
37 |
24 |
14.8 |
9.4 |
5.9 |
3.7 |
2.4 |
1.48 |
0.94 |
0.59 |
2.5 |
73 |
46 |
30 |
18.5 |
11.8 |
7.3 |
4.6 |
3.0 |
1.85 |
1.18 |
0.73 |
3.0 |
87 |
56 |
35 |
22 |
14 |
8.7 |
5.6 |
3.5 |
2.2 |
1.4 |
0.87 |
3.5 |
103 |
65 |
41 |
26 |
16.4 |
10.3 |
6.5 |
4.1 |
2.6 |
1.64 |
1.03 |
硬度適中 |
4.0 |
118 |
75 |
47 |
30 |
18.7 |
11.8 |
7.5 |
4.7 |
3.0 |
1.87 |
1.18 |
5.0 |
147 |
93 |
59 |
37 |
23 |
14.7 |
9.3 |
5.9 |
3.7 |
2.3 |
1.47 |
6.0 |
177 |
112 |
71 |
45 |
28 |
17.7 |
11.2 |
7.1 |
4.5 |
2.8 |
1.77 |
8.0 |
240 |
149 |
94 |
59 |
37 |
24 |
14.9 |
9.4 |
5.9 |
3.7 |
2.4 |
硬度過高 |
10 |
300 |
186 |
118 |
74 |
47 |
30 |
18.6 |
11.8 |
7.4 |
4.7 |
3.0 |
15 |
440 |
280 |
176 |
111 |
70 |
44 |
28 |
17.6 |
11.1 |
7.0 |
4.4 |
20 |
590 |
370 |
240 |
148 |
94 |
59 |
37 |
24 |
14.8 |
9.4 |
5.9 |
CO2:mg / l ; 碳酸鹽硬度:dKH |
這圖表很早前已經出現在海外的專業書籍, 已經普遍地被引用。
從表中可以看出:
在一定的PH值下,如果想要提高水質硬度,首先必須增加CO2的溶存度;
在相同的CO2溶存度下,水的酸鹼度會隨著水質硬度增加而上升。
這種化學特性,在無形中成為了一個天然的緩衝系統, 換句話說: 當水草缸內co2的溶存度及水質的硬度都在一個適當
的標準下, 便會形成一個無論在酸鹼度、CO2溶存度及水質硬度都維持平衡而且具有緩衝特性的穩定生態系統。
請大家小心留意: "co2的溶存度及水質的硬度都在一個適當的標準"這一點,正正就解釋了為何養魚種草不可使用純水,
蒸餾水或RO逆滲透水。因為這些水雖然乾淨, 但在處理的過程中會將許多形成緩衝系統不可或缺的微量元素、礦物質
或微生物給處理掉, 所以一個穩定的水族箱就算剛換完水令水中酸鹼度略有變化, 無需任何調整手續, 一段短時間後自
動會調到中性; 相反, 一個水質不穩定的水草缸,無論你用什麼方法將水質調到中性,不用一晚時間前功已經盡廢。
這亦是其中一個判斷你水草缸的生態系統是否穩定的簡單指標。不過要注意, 酸鹼度要在PH5.2-7.2的變動範圍內緩衝
系統才能發揮緩衝作用。
水族箱內的緩衝作用與化學反應還有很多, 但就以co2/碳酸鹽的緩衝影響較顯而易見,也比較容易測度及調整。
水草缸的水量越多, 系統越完整, 緩衝作用越容易發揮功效, 養死魚的機會低很多; 相反水量越少的缸子水質越不穩定
更不易控制,除非已經有非常穩定的硝化系統及生長茂盛的植物作為緩衝, 否則在換水時或添加任何物質都要特別小
心, 儘景避免令致水質產生太大變化。
參考資料: 網際星空