Сатурация кислородом воды в аквариуме
Запись от ТоптуновПотапов размещена 03.06.2020 в 15:51
Обновил(-а) ТоптуновПотапов 03.06.2020 в 23:54
Обновил(-а) ТоптуновПотапов 03.06.2020 в 23:54
Сатурация кислородом воды в аквариуме.
Общие положения идеи
Сатуратор (от лат. saturo — насыщать) Насыщение кислородом воды путем растворения чистого кислорода в проточном реакторе.
Преимущество метода заключается в том, что парциальное давление кислорода в воздухе в 5 раз меньше, чем в чистом кислороде и растворение из воздуха происходит медленнее и до меньших значений, чем при насыщении чистым кислородом.
Краткая теория
Достижимая растворимость кислорода из воздуха в воде (мг/л) в зависимости от температуры представлена на графике ниже.
Рис. 1 Растворимость кислорода воздуха в воде при атмосферном давлении и различной температуре
Из графика растворимости видно, что область насыщения по кислороду при 25С лежит близко к рекомендованной концентрации кислорода в воде 5-6 мг/л. Следовательно, растворение кислорода будет затруднено, так как «емкость» по кислороду в аквариумной воде незначительна по абсолютной величине и по сути исчерпана. Раствор кислорода в аквариумной воде можно считать насыщенным или близким к таковому (при данном парциальном давлении). Движущей силой процесса растворения является разность между текущей и достижимой концентрацией газа в воде.
Равновесная концентрация кислорода при парциальном давлении = 0,21 (воздух) меньше в 5 раз, по сравнению с таковой при парциальном давлении 1 (чистый кислород). Это следует из закона Генри. Значит при 25С достижима концентрация для воздуха =8 мг/л. А при растворении чистого кислорода при 25С составляет 39 мг/л. Таким образом насыщение кислородом воды происходит быстрее и легче при использовании чистого кислорода. График равновесной концентрации кислорода в воде при растворении чистого кислорода представлено на рисунке 2.
Рисунок 2. Растворимость чистого кислорода в воде при различной температуре.
При этом и теоретически и практически будут достигаться более высокие концентрации кислорода, чем при аэрации воздухом. Помимо основных очевидных потребителей кислорода – растений и животных в аквариуме присутствует лабильная органика потребляющая кислород. Химический термин ХПК – химическая потребность кислорода. Это тот кислород, который требуется для окисления органических веществ присутствующих в воде до СО2 и Н2О. В «старой» аквариумной воде потребность в кислороде намного (кратно) выше, чем в свежей. Количественно ХПК выражается в мг/л. Если численно это более 10 мг/л считается, что вода загрязнена органикой. Более подробно можно почитать по теме «перманганатная окисляемость».
Конструкция сатуратора
Конструктивно сатуратор (оксигенатор) сделан из колбы проточного магистрального фильтра (Рисунок 3) и толстой полиэтиленовой пленки (Рисунок 4). Из пленки изготавливается конус. Собственно, это уменьшенная копия кислородного конуса, применяемого в установках замкнутого водооборота на рыборазводнях (УЗВ).
Рисунок 3 Проточный магистральный фильтр типоразмера 10" с прозрачной колбой.
Рисунок 4 Выкройка для изготовления конуса.
Из пленки вырезается усеченный равнобедренный треугольник с верхним основанием ~ 7 см и нижним ~ 24 см. Высота треугольника необходимо определить по месту в соответствие с высотой колбы фильтра. В моём случае 25 см. Конус сворачивается и закрепляется предварительно скотчем в 2-3 местах, Рисунок 5, а затем сваркой жалом паяльника температурой 140-160 С по всей длине, никакого другого крепежа не требуется. Рисунок 6. Пленку можно использовать от канцелярского уголка (папки) для бумаг подходящей толщины.
Рисунок 5 Предварительная фиксация конуса для сварки и приспособление для сварки
Рисунок 6 Форма жала паяльника, температура паяльника
Рисунок 7 Прижимая пальцем конус к опоре аккуратно провариваем по толщине, не допуская сквозного отверстия (надо минут 5 попрактиковаться)
Рисунок 8 Далее узкий край подгоняется под диаметр входного патрубка проточного фильтра. Просто срезается кольцевой фрагмент и примеряется.
Для крепления можно использовать клеящий пистолет или использовать силиконовую трубку. Я стараюсь использовать разборные соединения везде где это возможно, поэтому использую для крепления силиконовую трубку для аквариумного фильтра. Трубка разогревается строительным феном и растягивается пассатижами. Рисунок 10. Оставляется для «заморозки» полимера в морозилке на 30 минут. Для этого в «пасть» пассатижей вставляется кусочек фанеры или любой подходящего размера предмет. После заморозки трубка почти не сжимается, пока не нагреется. За это время можно надеть конус на патрубок и не спеша зафиксировать силиконовой трубкой, которая постепенно сужается.
Рисунок 9 - разогрев трубки феном и растягивание пассатижами
Рисунок 10 Зафиксированный конус под силиконовой трубкой
Широкий край конуса при необходимости подгоняется по высоте так, чтобы не доходил до дна 10-20 мм. Диаметр широкой части необходимо сделать таким, чтобы между нижним краем конуса и стенкой колбы оставалось расстояние 5-10 мм.
Зачем, собственно, конус. Поток жидкости выходя сверху в конус имеет относительно большую скорость. Пузырьки газа D=1-10мм имеют скорость всплытия около 3-10 см/сек, а сам поток около 30-50 см сек. Т.е. всплыть они фактически не могут и увлекаются потоком вниз, в более широкую часть конуса. Струя воды в расширяющейся части конуса снижает скорость (сечение трубы больше, а массовый поток тот же) При этом всплывающие пузырьки меняют траекторию движения нисходящей струи воды с прямолинейной на хаотическую, постепенно отклоняют её в произвольную сторону. В каком-то смысле струя «вертится». Пузырьки газа выпадают из струи и всплывают в свободной от неё части конуса. Струя за счет расширения конуса и за счет разбиения её всплывающими пузырьками теряет скорость и таким образом система приходит к динамическому равновесию – скорость струи падает, пузырьки имеют возможность всплывать к верхней части конуса. Наглядно эта ситуация показана
При этом чем сильнее поток жидкости, тем в большей степени растягивается по высоте область, заполненная пузырьками при объеме газа = const. Наоборот, чем меньше скорость, тем в большей степени газ скапливается в верхней части конуса, пузырьки объединяются и может наблюдаться газовый пузырь, который не разбивается потоком жидкости, особенно если пузырь большой по высоте. Образованию газового пузыря способствуют 3 обстоятельства – малая скорость потока жидкости, объем газа в конусе, конусность самого конуса. Если конус сделать с сильным раструбом, то образование газового пузыря неизбежно. Конус необходимо делать с плавным раструбом (малая конусность). В случае изготовления конуса с очень маленькой конусностью – не хватит высоты колбы фильтра.
Таким образом необходимо поддерживать скорость потока достаточной для активного разбиения газа на пузырьки, но недостаточного для их выноса из конуса снизу. Использование фильтра с потоком 750-1500 л/ч является оптимальным для проточного фильтра таких размеров (10 дюймов). Высотой конуса около 23-24 см с диаметром широкой части 65-70 мм.
Подача кислорода осуществляется во входящий патрубок сверху. Для этого сверлится отверстие в крышке колбы, в отверстие вклеивается или запрессовывается обратный клапан. Через него подается чистый кислород.
Как его получить в "домашних" условиях написано тут (ссылка на статью).
Общие положения идеи
Сатуратор (от лат. saturo — насыщать) Насыщение кислородом воды путем растворения чистого кислорода в проточном реакторе.
Преимущество метода заключается в том, что парциальное давление кислорода в воздухе в 5 раз меньше, чем в чистом кислороде и растворение из воздуха происходит медленнее и до меньших значений, чем при насыщении чистым кислородом.
Краткая теория
Достижимая растворимость кислорода из воздуха в воде (мг/л) в зависимости от температуры представлена на графике ниже.
Рис. 1 Растворимость кислорода воздуха в воде при атмосферном давлении и различной температуре
Из графика растворимости видно, что область насыщения по кислороду при 25С лежит близко к рекомендованной концентрации кислорода в воде 5-6 мг/л. Следовательно, растворение кислорода будет затруднено, так как «емкость» по кислороду в аквариумной воде незначительна по абсолютной величине и по сути исчерпана. Раствор кислорода в аквариумной воде можно считать насыщенным или близким к таковому (при данном парциальном давлении). Движущей силой процесса растворения является разность между текущей и достижимой концентрацией газа в воде.
Равновесная концентрация кислорода при парциальном давлении = 0,21 (воздух) меньше в 5 раз, по сравнению с таковой при парциальном давлении 1 (чистый кислород). Это следует из закона Генри. Значит при 25С достижима концентрация для воздуха =8 мг/л. А при растворении чистого кислорода при 25С составляет 39 мг/л. Таким образом насыщение кислородом воды происходит быстрее и легче при использовании чистого кислорода. График равновесной концентрации кислорода в воде при растворении чистого кислорода представлено на рисунке 2.
Рисунок 2. Растворимость чистого кислорода в воде при различной температуре.
При этом и теоретически и практически будут достигаться более высокие концентрации кислорода, чем при аэрации воздухом. Помимо основных очевидных потребителей кислорода – растений и животных в аквариуме присутствует лабильная органика потребляющая кислород. Химический термин ХПК – химическая потребность кислорода. Это тот кислород, который требуется для окисления органических веществ присутствующих в воде до СО2 и Н2О. В «старой» аквариумной воде потребность в кислороде намного (кратно) выше, чем в свежей. Количественно ХПК выражается в мг/л. Если численно это более 10 мг/л считается, что вода загрязнена органикой. Более подробно можно почитать по теме «перманганатная окисляемость».
Конструкция сатуратора
Конструктивно сатуратор (оксигенатор) сделан из колбы проточного магистрального фильтра (Рисунок 3) и толстой полиэтиленовой пленки (Рисунок 4). Из пленки изготавливается конус. Собственно, это уменьшенная копия кислородного конуса, применяемого в установках замкнутого водооборота на рыборазводнях (УЗВ).
Рисунок 3 Проточный магистральный фильтр типоразмера 10" с прозрачной колбой.
Рисунок 4 Выкройка для изготовления конуса.
Из пленки вырезается усеченный равнобедренный треугольник с верхним основанием ~ 7 см и нижним ~ 24 см. Высота треугольника необходимо определить по месту в соответствие с высотой колбы фильтра. В моём случае 25 см. Конус сворачивается и закрепляется предварительно скотчем в 2-3 местах, Рисунок 5, а затем сваркой жалом паяльника температурой 140-160 С по всей длине, никакого другого крепежа не требуется. Рисунок 6. Пленку можно использовать от канцелярского уголка (папки) для бумаг подходящей толщины.
Рисунок 5 Предварительная фиксация конуса для сварки и приспособление для сварки
Рисунок 6 Форма жала паяльника, температура паяльника
Рисунок 7 Прижимая пальцем конус к опоре аккуратно провариваем по толщине, не допуская сквозного отверстия (надо минут 5 попрактиковаться)
Рисунок 8 Далее узкий край подгоняется под диаметр входного патрубка проточного фильтра. Просто срезается кольцевой фрагмент и примеряется.
Для крепления можно использовать клеящий пистолет или использовать силиконовую трубку. Я стараюсь использовать разборные соединения везде где это возможно, поэтому использую для крепления силиконовую трубку для аквариумного фильтра. Трубка разогревается строительным феном и растягивается пассатижами. Рисунок 10. Оставляется для «заморозки» полимера в морозилке на 30 минут. Для этого в «пасть» пассатижей вставляется кусочек фанеры или любой подходящего размера предмет. После заморозки трубка почти не сжимается, пока не нагреется. За это время можно надеть конус на патрубок и не спеша зафиксировать силиконовой трубкой, которая постепенно сужается.
Рисунок 9 - разогрев трубки феном и растягивание пассатижами
Рисунок 10 Зафиксированный конус под силиконовой трубкой
Широкий край конуса при необходимости подгоняется по высоте так, чтобы не доходил до дна 10-20 мм. Диаметр широкой части необходимо сделать таким, чтобы между нижним краем конуса и стенкой колбы оставалось расстояние 5-10 мм.
Зачем, собственно, конус. Поток жидкости выходя сверху в конус имеет относительно большую скорость. Пузырьки газа D=1-10мм имеют скорость всплытия около 3-10 см/сек, а сам поток около 30-50 см сек. Т.е. всплыть они фактически не могут и увлекаются потоком вниз, в более широкую часть конуса. Струя воды в расширяющейся части конуса снижает скорость (сечение трубы больше, а массовый поток тот же) При этом всплывающие пузырьки меняют траекторию движения нисходящей струи воды с прямолинейной на хаотическую, постепенно отклоняют её в произвольную сторону. В каком-то смысле струя «вертится». Пузырьки газа выпадают из струи и всплывают в свободной от неё части конуса. Струя за счет расширения конуса и за счет разбиения её всплывающими пузырьками теряет скорость и таким образом система приходит к динамическому равновесию – скорость струи падает, пузырьки имеют возможность всплывать к верхней части конуса. Наглядно эта ситуация показана
При этом чем сильнее поток жидкости, тем в большей степени растягивается по высоте область, заполненная пузырьками при объеме газа = const. Наоборот, чем меньше скорость, тем в большей степени газ скапливается в верхней части конуса, пузырьки объединяются и может наблюдаться газовый пузырь, который не разбивается потоком жидкости, особенно если пузырь большой по высоте. Образованию газового пузыря способствуют 3 обстоятельства – малая скорость потока жидкости, объем газа в конусе, конусность самого конуса. Если конус сделать с сильным раструбом, то образование газового пузыря неизбежно. Конус необходимо делать с плавным раструбом (малая конусность). В случае изготовления конуса с очень маленькой конусностью – не хватит высоты колбы фильтра.
Таким образом необходимо поддерживать скорость потока достаточной для активного разбиения газа на пузырьки, но недостаточного для их выноса из конуса снизу. Использование фильтра с потоком 750-1500 л/ч является оптимальным для проточного фильтра таких размеров (10 дюймов). Высотой конуса около 23-24 см с диаметром широкой части 65-70 мм.
Подача кислорода осуществляется во входящий патрубок сверху. Для этого сверлится отверстие в крышке колбы, в отверстие вклеивается или запрессовывается обратный клапан. Через него подается чистый кислород.
Как его получить в "домашних" условиях написано тут (ссылка на статью).
Всего комментариев 0
