KH : la Durezza Carbonatica misura della alcalinità

Il KH, o durezza carbonatica, è la misura della alcalinità dell’acqua prodotta dalla presenza di carbonati nell’acqua (CO₃^2- e HCO₃^–).

Può essere misurata sia in ppm (mg/l), oppure in gradi tedeschi (K sta per “Karbonate” in lingua tedesca).

Il KH viene talvolta definito durezza temporanea dell’acqua, in quanto questo valore può essere modificato dalla bollitura dell’acqua che ne fa rimuovere, sotto forma di calcare, il contenuto carbonatico.

1 dKH = 17.9 ppm (mg/l)

L’alcalinità dell’acqua misura la capacità totale di tamponare le sostanze acide, ma è comparata principalmente alla durezza carbonatica in sistemi di acqua dolce.

Così, nella pratica comune i termini di durezza carbonatica, alcalinità e capacità acido legante, sono termini usati in modo intercambiabile.Nell’acqua il KH agisce come riserva carbonatica ed è in grado di tamponare il pH (vedi: pH). L’azione tamponante lavora come una spugna, assorbendo gli acidi senza produrre oscillazione nei valori del pH.

Questa azione tamponante gli acidi si ottiene a seguito della reazione chimica di un acido con acqua che contenga carbonati:

CO₂ + H₂O <—> H₂CO₃ <—> H⁺ + HCO₃^–

In una soluzione acquosa priva di carbonati, quando si aggiunge un acido, questo si dissocia completamente o parzialmente (a seconda del tipo di acido) in ioni H⁺.

Gli ioni idrogeno rilasciati si accumulano nella soluzione producendo una diminuzione del pH.Nel laghetto, in assenza di processi che aggiungono o rimuovono l’anidride carbonica, il valore del pH dipende inizialmente dalla sua alcalinità. Maggiore è l’alcalinità dell’acqua e maggiore risulterà il suo pH.

Acque con bassa alcalinità avranno un pH iniziale basso, mentre acque con alta alcalinità ne avranno uno alto. Sebbene l’alcalinità stabilisca i valori iniziali di pH aggiungere o rimuovere CO₂ dall’acqua aumenti o diminuzioni da questo valore iniziale.

Aggiungere CO₂ all’acqua sposta l’equilibrio della formula sopra riportata verso destra formando acido carbonico e ioni idrogeno che sono causa di un abbassamento dei valori del pH.

La rimozione di CO₂, al contrario, sposta l’equilibrio della reazione a sinistra, con rimozione degli ioni idrogeno ed incremento dei valori del pH.L’effetto finale della reazione dipenderà quindi dalla quantità di CO₂ prodotta o rimossa, e dalla alcalinità che tende a tamponare gli effetti dei cambiamenti prodotti dalle concentrazioni di CO₂.

Tutti gli organismo viventi liberano CO₂ come prodotto della respirazione. Durante il giorno le piante sommerse e le alghe rimuovono CO₂ dall’acqua, come effetto del processo denominato fotosintesi clorofilliana. La respirazione è influenzata da alcuni parametri quali la temperatura e la quantità delle piante. La fotosintesi è influenzata dalla luce solare dalla quantità delle piante e dalla temperatura.

Se nel laghetto si crea equivalenza tra questi due processi (respirazione e fotosintesi) il risultato finale sarà una oscillazione circadiana (delle 24 ore) del pH, il quale raggiungerà i valori massimi nelle ore del tardo pomeriggio, ed i valori minimi prima dell’alba, ma ogni giorno il pH manterrà quell’intervallo di oscillazione.

Se predomina la rimozione di CO₂ per una ampia presenza di piante o alghe, allora, giorno dopo giorno (sempre seguendo una oscillazione delle 24 ore fisiologica), il pH tenderà a portarsi a valori più elevati come mostrato nella figura seguente scompensando il valre assulto del pH del laghetto verso alcalinità pericolose per la salute dei pesci anche in ragione di un effetto tossico prodotto dall’azoto ammonico che a valori elevati si presenta nella sua forma dissociata di ammoniaca anzichè in quella indissociata innocua per i pesci.

CONDIZIONI NATURALI CHE ABBASSANO IL KH

Durante il giorno qualsiasi pianta, incluse le alghe (unicellulari o a stringa), consumano carbonati durante il proprio metabolismo.

Dalla formula sopra riportata si deduce che la sottrazione di CO₂ dall’acqua sposta l’equilibrio della reazione fortemente verso sinistra, per cui si avrà un certo consumo giornaliero di carbonati.

Anche i batteri consumano bicarbonato durante la formazione di nuove cellule secondo la formula complessiva della nitrificazione:

NH₄⁺ + 1,863 O₂ + 0,098 CO₂ —> 0,0916 C₅H₇NO₂ + 0,98 NO₃^– + 1,98 H⁺ + 1,98 H₂O

Mentre per il processo di formazione di nuove cellule la reazione sarà:

NH₄⁺ + 2HCO₃^– + 2O₂ —> NO₂^– + 2CO₂ + H₂O

Per ogni grammo di ammoniaca ossidata a nitrato si ha il consumo di 7,14 grammi di alcalinità come calcio carbonato CaCO₃, e 12 grammi di alcalinità come sodio bicarbonato NaHCO₃.

COME SI ABBASSA IL KH

I problemi con il KH sono maggiori quando questo presenti valori da aumentare anzichè il contrario, ed è comprensibile come una diluizione dell’acqua del laghetto con acqua distillata sia una opzione utilizzabile solamente in laghetti bonsai, dotati cioè di bassi volumi di acqua.

Un meccanismo naturale che abbassa il valore del KH nel laghetto è rappresentato dai temporali. Essi apportano nel breve periodo quantità considerevoli di acqua priva di sali, che diluisce i carbonati del laghetto provocandone una diminuzione.

Valori di KH al di sotto dei 3-4 ° tedeschi risultano pericolosi per la stabilità del pH, e mettono in serio pericolo la vita dei suoi abitanti.

CONDIZIONI NATURALI CHE ALZANO

Il KH durante la nitrificazione viene consumato mentre durante il processo di denitrificazione, invece, vi è un rilascio di alcalinità.

Tuttavia, sebbene il consumo durante la nitrificazione sia di 7,14 gr di alcalinità, sotto forma di CaCO₃, per ogni grammo di ammoniaca ossidato, durante la denitrificazione, ogni grammo di nitrato ridotto produce 3,57 gr di alcalinità, sotto forma di CaCO₃.

Il recupero di alcalinità non è quindi totale.

COME SI ALZA IL KH

Il KH al di sotto di valori di 3-4 gradi tedeschi risulta pericoloso nel laghetto per le oscillazioni prodotte dal pH alle quali, il carbonato, insufficiente, non riesce a far fronte.

E’ sufficiente aggiungere del bicarbonato di sodio (NaHCO₃), o il bicarbonato di potassio (KHCO₃), o il potassio carbonato (KCO₃) per elevare i valori del KH dell’acqua, mentre addizionandola a calcio carbonato si elevano sia il KH che il GH. 5 grammi di bicarbonato di sodio alzano il KH di 50 litri di acqua di 4 gradi dH.

Un modo “naturale” per alzare il KH del laghetto è usare un metodo molto popolare tra i giapponesi, che soffrono di carenza cronica di carbonati nelle loro acque, ovvero quello di servirsi di centinaia di gusci di ostrica, alloggiati in una rete che viene poi posta in un punto di passaggio forzato dell’acqua (filtro).

La continua e lenta erosione della conchiglia di ostrica garantisce un maggior effetto e, in modo particolare, sul mantenimento a lungo termine dei valori di KH, in quanto la quantità di carbonato di calcio, che abbandona il guscio di ostrica per liberarsi nell’acqua del laghetto, è lenta ma costante. Anche pietre calcaree come il tufo sono in grado di rilasciare carbonati nell’acqua, soprattutto le qualità di tufo più friabile, ma potenzialmente qualsiasi pietra calcarea (ad esempio il marmo e la dolomite) è in grado di innalzare i livelli di KH nell’acqua.