СО2 в аквариуме

[Starcomputer]

Растения на 40-50% состоят из углерода, поэтому для успешного роста им нужен этот элемент. Основной источник углерода для растений - растворенный в воде СО2. Оптимальная концентрация углекислого газа в аквариуме находится в пределах 15-30 мг/л. Если растений сравнительно не много, то такая концентрация вполне поддерживается за счет углекислого газа, который образуется в результате жизнедеятельности рыб, креветок и т.д. Однако если мы хотим создать травник с большим количеством растений, то без принудительной подачи СО2 нам уже не обойтись.
Что же нужно знать перед тем, как начинать подавать газ в аквариум ?
Опасная для рыб концентрация СО2 начинается с 30 мг/л, еще более чувствительны к концентрации углекислого газа в воде креветки. Вопреки бытующему мнению углекислый газ не вытесняет кислород из воды и причины отравления рыб углекислым газом лежат в физиологии. Известно, что молекулы гемоглобина переносят кислород от жабр к организму, а назад выносят углекислый газ. Чтобы молекула СО2 "отцепилась" от молекулы гемоглобина, концентрация газа в воде должна быть ниже, чем в крови рыб. Если же она выше, то молекулы гемоглобина не освобождаются и кровь не может снабжать кислородом организм рыбы.
Вторым важным фактором, связанным с подачей СО2 является кислотно-щелочной баланс, который определяется с помощью водородного показателя - рН.
Что такое рН ? Это показатель количества в воде свободных ионов водорода (Н-), но поскольку это количество очень велико, то принята логарифмическая шкала, т.е. рН показывает не численное количество ионов, а порядок значения:
рН = - lg[Н+]
Таким образом при изменении рН на одну единицу, концентрация ионов водорода в воде меняется в 10 !!! раз.
При растворении углекислого газа в воде он частично (около 0,6% объема) вступает в реакцию с водой с образованием угольной кислоты:
СО2 + Н2О = Н2СО3
угольная кислота диссоциирует на ион водорода и гидрокарбонатный ион:
Н2СО3 <-> Н+ + НСО3-
Увеличение количества ионов водорода в воде приводит к ее подкислению и снижению рН.
Углекислый газ также (при участии воды) реагирует с находящимися в ней карбонатами, превращая их в гидрокарбонаты:
Н2О + СО2 + СаСО3 <-> Са(НСО3)2
Эта реакция обратима и на этом свойстве основан принцип уменьшения временной жесткости воды кипячением (при нагревании воды углекислый газ улетучивается и карбонаты выпадают в осадок).
Эта реакция имеет еще одно огромное значение для аквариумистов - это тот самый карбонатный буфер, который не дает углекислому газу полностью раствориться в воде и вызвать резкое падение рН, что может привести к гибели рыб и других обитателей аквариума.
Концентрации водородных ионов, гидрокарбонатов и углекислого газа в воде жестко связаны между собой, и зная два любых показателя можно вычислить третий. Эта связь отражается уравнением Хендерсона-Хассельбаха:
[H+] * [HCO3-]/[H2CO3+СО2] = Const
Для практического же применения удобнее пользоваться таблицей:
Таким образом зная рН и кН можно узнать, сколько СО2 растворено в нашей воде.
Если Вы обратите внимание на таблицу, то увидите, что при рН 6,7-6,8 (а многие экзотические виды растений предпочитают слегка кислую воду) для нормальной концентрации углекислого газа в воде ее временная жесткость (кН) должна быть около 4 dGh (для сравнения кН воды Донецкого водопровода 17-18 dGh). Это одна из причин, почему в травниках используют реминерализированную осмотическую воду.
Для большей точности должен заметить, что тот кН, котрый мы меряем тестами, на самом деле показывает не временную жесткость воды, а ее щелочность, т.е. концентрацию гидрокарбонатных ионов. Но для нужд аквариумистики этого вполне достаточно.
Понятно, что никто не станет постоянно мерять капельными тестами рН и кН, чтобы определить, достаточно мы подаем углекислого газа или нет, и тут на помощьприходит тот факт, что временная жесткость налитой в аквариум воды величина более-менее постоянная, значит измерив ее один раз, можно в дальнейшем измерять только рН. На этом принципе основана работа различных рН - контроллеров, которые регулируют подачу СО2 в зависимости от уровня рН воды.
Теперь уже понятно, что аквариумист, задумавший подавать в свой аквариум углекислый газ, должен как минимум обзавестись тестами рН и кН, а лучше электронным прибором для измерения рН.
Каким же образом можно подавать СО2 в аквариум ?
Этот вопрос на самом деле состоит из двух частей:
1. Как растворить газ в воде.
2. Где его взять.
Существует три основные системы растворения углекислого газа, но все они основаны на том, что газ растворяется при контакте с водой, следовательно чем больше площадь такого контакта, тем больше газа растворится.
Самая простая система это колокол.
Если брать грубо, то она представляет собой колокол, опущенный в воду, в который подается СО2. Площадь колокола зависит от временной жесткости воды и объема аквариума и ее можно определить по таблице Паффрата (журнал DATZ 1978 г.):
Данные приведены для аквариума объемом 100 л. Для другого объема площадь изменяется пропорционально. Реально практические конструкции таких колоколов сложнее, и предусматривают стравливание избытка газа. Тем не менее это не избавляет их от основных недостатков:
- значительный размер;
- необходимость помещать в воду внутри аквариума;
- потери газа при стравливании.
Второй системой являются распылители СО2.
Поскольку чем меньше будут пузырьки газа, тем лучше он будет растворяться, то основной задачей является подбор материала распылителя. Очень хорошим распылителем выступает обычная веточка рябины, всунутая в конец трубки, по которой подается газ (идея и фото CaNeK).
Такая система работает лучше колокола, но ее крупным недостатком является недолговечность - поры распылителя забиваются и его приходится заменять.
Третьей системой являются разнообразные реакторы, наиболее популярным из которых является реактор из колбы от бытового фильтра для воды. Принцип работы таких систем основан на смешивании потока воды выходящей из внешнего фильтра и газа, подаваемого в реактор.
Эти системы избавлены от недостатков первых двух и обеспечивают 100% растворение газа даже при значительных объемах подачи.

Чтобы растворить СО2 его сначала нужно откуда-то получить. Системы получения углекислого газа можно условно разделить на четыре части:
1. Химические способы получения.
Сюда входят различные таблетки, выделяющие газ при попадании в воду, аппараты Киппа и т.п.
2. Биологические способы получения.
Всем известная "бражка".
3. Накопительные способы.
Системы типа TetraPlant Optimat и газобалонные системы.
4. Электрохимические системы.
Получение СО2 из угольных (графитных) стержней.
Рассмотрим коротко все системы.
Наиболее популярным способом получения углекислого газа является "бражка", т.е. выделение СО2 при брожении. Данный способ чрезвычайно прост, не требует значительных затрат, но процесс выработки газа неуправляем.
Химические способы получения при своей простоте обладают двумя существенными недостатками:
- необходимость часто перезаряжать реактивы (в случае с аппаратом Киппа - сложность консрукции);
- неуправляемость процесса выработки газа.
Накопительные системы наиболее близки к идеалу, но в то-же время являются и наиболее дорогими системами. Однако в последнее время благодаря народным умельцам они получают все большее распространение.
Для газобалонной системы нужно имет:
1. Сам баллон с газом.
Годится любой баллон, рассчитанный на рабочее давление 150 атм. Часто спрашивают, можно ли применять баллон от углекислотного огнетушителя. Да, можно, однако при этом нужно учитывать, что вентиль на таком баллоне не рассчитан на длительную работу в открытом состоянии и его нужно сразу заменить. Не стоит это делать самостоятельно, лучше обратиться к специалистам на станции заправки баллонов. Также нужно помнить, что перед эксплуатацией баллон нужно обязательно поверить, чтобы быть уверенным в его надежности. Заправляют баллоны по весу, из рассчета 0,7 кг углекислоты на 1 л объема баллона.
2. Редуктор с манометром.
Подходят любые углекислотные редукторы серии УР или БУО.
3. Кран тонкой регулировки.
Поскольку объемы подаваемого в аквариум углекислого газа мизерны, то добиться его точной дозировки без такого крана не представляется возможным. Наиболее популярны краны тонкой регулировки производства "Kamozzi".
Последние два устройства совмещены в специальных редукторах для аквариумистов производства "JBL" и "AquaMedic" (см. фото).
4. Счетчик пузырьков.
Позволяет наглядно видеть количество подаваемого газа. Существуют как промышленно изготавливаемые счетчики, так и масса самоделок. Самый простой из них это наверно счетчик из одноразового медицинского шприца.
Если Вы собираетесь управлять подачей СО2 с помощью рН контроллера, то понадобится еще газовый электромагнитный клапан. Применяются как готовые клапана производства "Kamozzi", так и самодельные, на основе клапанов от автомобилей.


В заключение хочу сказать, что одна только подача СО2 ни в коей мере не обеспечит Вам прекрасный подводный сад. Процесс фотосинтеза происходит на свету (темновую фазу мы пропускаем), следовательно для ускоренного процесса и быстрого роста растений нужен мощный свет. В процессе роста растения потребляют не только углерод (СО2) но и целую гамму других химических элементов, следовательно нужно подкармливать их удобрениями в строго необходимых количествах.
"Но это уже другая история про Маугли" Р. Киплинг.

[Hippo]

Я бы добавил еще один метод доставки СО2 в аквариум - подача СО2 в рабочую камеру головки внутреннего фильтра через отверстие для подачи воздуха.

Метод применим для фильтров, в которых предусмотрена возможность аэрации через головку фильтра. Таким образом, вместо воздуха в рабочую камеру подается СО2, где он "разбивается" крыльчаткой ротора на мелкие пузырьки и при этом частично растворяется.

[Misters]

по поводу распыления со2 - ветка рябины на маленькие аквасы, от 100л лучше распылять Арио от Худор пузырьки мельче чем от рябины (многие кто приходили в гости видели это в живую) компрессор надо ставить на заднее стекло (не на дно как по инструкции) недалеко от выхода наружного фильтра...

[pel]

Сообщение от Misters

по поводу распыления со2 - ветка рябины на маленькие аквасы, от 100л лучше распылять Арио от Худор

...компрессор надо ставить на заднее стекло (не на дно как по инструкции)

На заднее стекло на присоски, которые идут в комплекте? И как, кстати, шумность? И не отклеиваются ли присоски?

Вы пишете, что ставить недалеко от выхода воды. А что делать, если выход - через флейту сверху на боковом стекле? А заборник - в самом незаметном углу, куда и было бы удобно поместить сей девайс?

[kuzyadnepr]

Сообщение от Hippo

Я бы добавил еще один метод доставки СО2 в аквариум - подача СО2 в рабочую камеру головки внутреннего фильтра через отверстие для подачи воздуха.

Метод применим для фильтров, в которых предусмотрена возможность аэрации через головку фильтра. Таким образом, вместо воздуха в рабочую камеру подается СО2, где он "разбивается" крыльчаткой ротора на мелкие пузырьки и при этом частично растворяется.

газ подавать до или после головки фильтра?
а как же вопрос с кавитацией, которая на краях лопастей разрушает пластик? а оборотов там много)))

[Hippo]

Сообщение от kuzyadnepr

газ подавать до или после головки фильтра?

Газ подавал до головки.

Сообщение от kuzyadnepr

а как же вопрос с кавитацией

Именно это и сподвигло меня на создание колокола.

[Starcomputer]

Сообщение от kuzyadnepr

а как же вопрос с кавитацией, которая на краях лопастей разрушает пластик? а оборотов там много)))

Кавитация проявляется при скоростях, сравнимых со скоростью звука при ламинарном течении струи. Те обороты, которые делает ротор помпы ну ни как не сравнимы
Другая причина кавитации - истечение струи из насосов высокого давления между прокладками. Там скорость истечения очень большая.
Если нужна теория, то это теория движения воздуха (воды) вблизи поверхности и над ней. Образуется разность скоростей, которая приводит к образованию зон разряжения. НО в наших помпах просто НЕТ таких скоростей движения струи.

[Hierophis]

Сообщение от Starcomputer

Если нужна теория, то это теория движения воздуха (воды) вблизи поверхности и над ней. Образуется разность скоростей, которая приводит к образованию зон разряжения. НО в наших помпах просто НЕТ таких скоростей движения струи.

Да нУ? Все там есть. Вопервых, скорость вращения крыльчатки помпы стравнима со скоростью вращения гребного винта лодки, а обычно выше- 3000 об/мин. Кроме того, кавитация на маленьких крыльчатках возникает легче. Просто я эксперементировал с этим, но врядли инженеры не подумали над этим, наверняка форма лопастей исключает кавитацию, потому что для того чтобы вызвать кавитацию при таких скоростях, нужна особая форма лопасти, которую еще и подобрать выгибанием нужно.

[Phantom_V11]

Сообщение от Hierophis

Да нУ? Все там есть. Вопервых, скорость вращения крыльчатки помпы стравнима со скоростью вращения гребного винта лодки, а обычно выше- 3000 об/мин. Кроме того, кавитация на маленьких крыльчатках возникает легче. Просто я эксперементировал с этим, но врядли инженеры не подумали над этим, наверняка форма лопастей исключает кавитацию, потому что для того чтобы вызвать кавитацию при таких скоростях, нужна особая форма лопасти, которую еще и подобрать выгибанием нужно.

Если скорость вращения сравнима, то уж диаметр крыльчатки никак не сравним.
В результате эксперементов были разрушенные крыльчатки?

[Yaltinec]

Извиняюсь за глупый вопрос, но правильно ли я понял, по таблице с площадъю колокола самый маленький получается 30 на 30 см. ?????

[Starcomputer]

Сообщение от Yaltinec

самый маленький получается 30 на 30 см

Yaltinec, 30 на 30 см это будет 900 см2
30 см2 это скажем 5,5 на 5,5 см

[qwerty1]

Starcomputer, спасибо за темку

[pimass]

30х1, 15х2, 7,5х4

[shaddix]

Хорошая статейка, главное коротко и о главном.

[Anarhist]

Starcomputer,
Не давно я соорудил "Колокол" для растворения СО2 http://aquaforum.kiev.ua/showthread.php?t=62584

Но вчера я его снял с аквы и СО2 начал подавать через фильтр (внутренний турбо 650). Обьясню почему, прежде чем мастерить колокол нужно в обязательном порядке измерять кН воды для определения площади контакта газа с водой. Я этого не сделал! Размер моего колокола высота 3,5см длина около 6,5-7,5см. В итоге вечером СО2 у меня держалось на значении 30 мг/л, а с утра я уже получил в раене 7 мг/л. Такого значения с утра естественно быть не должно ибо ночью рыбы и растения выделяют СО2, более того растенияв ночную фазу потребляют О2. Но я получил такие результаты. Клоню это к тому, что КН у меня явно больше 10, площадь растворения должна быть больше, но из-за того что я не сделал тест на кН, мой колокол не пригоден к работе! Плюс колокола состоит в том, что если правильно расчитать площадь, то отвраления СО2 или не достачи (как в моем случае) не может быть, а вот насыщение на 90% точно будет поддерживатся и доза без скачков, постоянная! рябина к сожалению требует немало давления, то есть в начале заряда распыляет как ураган (рыба может получить отравление), а через неделю- mах. две еле дышит! приходится делать перезаряд браги! Не удобно это скочко образное подавание газа. Этот способ не есть благоприятным не для живого мира, не для хозяина. На данный момент я подаю СО2 как писал Hippo, через фильтр. В принципе с утра только есть угроза передоза (было СО2 и около 40мг/л).
В общем вот такие я провел наблюдения по подаче СО2 в аквариум с последующим распылением разными способами.
Зы Сергей, я прошу прощения, за то что влез к Вам со своей темой (= 8.