За эту тему заставили взяться многочисленные вопросы начинающих аквариумистов по типу "вчера запустил аквариум, растения не растут, нужно СО2, как его сделать?" Попытаюсь совершенно "на пальцах" внести некоторую ясность.
Общие сведения
Все ткани любого живого организма состоят из органических соединений и воды. Основой любого органического соединения, как известно, является углерод. Именно он- строительный материал, из которого любой живой организм наращивает свою биомассу. При этом, если животные для строительства своего организма могут использовать углерод только из других органических соединений, то растения его в состоянии брать непосредственно из неорганики. Наиболее доступными для водных растений, в этом плане, являются растворенные в воде карбонаты СО3- (например, содержащиеся в т.н. "временной жесткости", аквариумисты ее зовут КН) и углекислый газ (СО2). Карбонаты попадают в воду вместе с подменами (как правило), либо растворяясь из различных известковых ракушек, декоров и т.д., имеющихся в аквариуме. СО2 может попадать двумя путями- от дыхания гидробионтов (рыб, беспозвоночных, растений) и извне. В принципе, он может растворяться и из атмосферы. Но, в атмосфере его достаточно немного, в результате, и в воде его будет недостаточно для полноценного "строительства" Поэтому, под термином "извне", будем понимать принудительное насыщение воды углекислым газом. В принципе, оба механизма потребления углерода (карбонатный и из СО2) друг друга дополняют, но не взаимозаменяют, ибо есть растения, которые с удовольствием берут углерод из карбонатов (например, валлиснерия и эхинодорусы), а есть- которым подавай СО2.
Для различных состояний аквариума, количество растворенного СО2 в воде должно быть разным. Растения углерод потребляют на свету (процесс фотосинтеза). Чем больше свет, тем большее количество углерода они могут потребить и тем быстрее расти. Но, для успешного роста, кроме углерода им нужна еще куча других элементов (азот, фосфор, железо и т.д.), именуемых в народе "удобрения". Соответственно, чем они растут быстрее, тем больше удобрений им нужно. При этом, если происходит дисбаланс по какому-то из этих компонентов (СО2-свет-удобрения), то возникают довольно неприятные явления. Если какого-то из компонентов не хватает, то это автоматически означает, что растения будут развиваться по его лимитирующему фактору- ("выше головы не прыгнешь!"). А это, в свою очередь, означает, что какого-то другого компонента окажется в избытке. Чем тут же и воспользуются конкуренты растений- водоросли.
Если концентрация СО2 в воде менее 2 мг/л, то его явно недостаточно- растения, потребляющие углерод преимущественно из него просто остановятся в развитии. Если его 2-7 мг/л, то этого вполне достаточно для спокойного, неспешного роста большинства не очень требовательных растений в неразогнанном аквариуме. При этом, как правило, достаточно умеренного освещения 0,4-0,6 вт/л ЛЛ при высоте столба воды до 35-40 см. и тех питательных веществ, которые образуются в воде благодаря жизнедеятельности гидробионтов и нитрифицирующих бактерий (Жуть нитратная - всё об азотном цикле в аквариуме) и попаданию микроэлементов благодаря подменам воды.
Повышение СО2 до 10-15 мг/л потребует увеличения света до 0,7-0,8 вт/л и, скорее всего, "попросит" добавить в воду и нитрАты, и, возможно, фосфаты, и калий (Самодельные удобрения (самомес, PMDD)- это просто!) Причем, скорее всего, достаточно будет достаточно простого контроля за содержанием веществ в воде при помощи аквариумных тестов.
Подача СО2 до более высоких концентраций потребует уже более глубокого ознакомления с процессами, протекающими в аквариуме, водорослями, техническим оснащением, включая освещение и т.д. и выходит за рамки данной темы. Хотя, основной принцип баланса компонентов и здесь, безусловно сохранен.
Единственное, на чем хотелось бы заострить внимание- это на ПДК для СО2. В чисто растительном аквариуме особых ограничений нет. А вот, если аквариум с рыбами, то я бы не рекомендовал давать концентрации, бОльшие, чем 20 мг/л. В принципе, ПДК принято считать 30 мг/л. Но, практически все системы подачи газа в аквариум иногда могут допускать сбои. И этот буфер в 10 мг/л может дать возможность вовремя среагировать и не погубить рыбу.
Кстати, о буфере. Не вдаваясь в теорию, скажу, что существует такое понятие, как "карбонатный буфер". Чем выше КШ, тем меньше реагирует РН в аквариуме на повышение концентрации СО2 в воде, тем меньше вероятность устроить рыбам осмотический шок. Правда, чем выше КН, тем сложнее достичь нужной концентрации СО2 Перевожу на русский язык. Если КН до 2-3, то газ дуть нужно с бОльшей осторожностью, чем при КН8-15. А если КН 25, то ее желательно слегка понизить. Например, смешивая водопроводную воду с дистиллятом или осмосом.
Ну, совершенно очевидно, что СО2 подавать нужно в светлое время суток, пока идет фотосинтез у растений. В темное- он не только бесполезен, но и вреден- можно получить отравление у рыб. Поэтому, на ночь СО2 необходимо отключать. Аэрацию же, наоборот, днем, при подаче газа, включать не следует, т.к. пузырьки воздуха и волнение на поверхности воды "выбивают" СО2 из воды, снижая его концентрацию. Ночью же, аэрацию включаем, т.к. в отсутствие фотосинтеза, из-за дыхания рыб и растений, легко можно получить концентрации газа выше ПДК. Да и источников кислорода, кроме как извне нет.
Способы получения углекислого газа в аквариумистике.
Существует несколько групп способов получения газа- биологический (получение СО2 в результате спиртового брожения- в народе "брага", "бражка"), химические способы получения СО2 (как правило, в аппаратах, работающих по принципу аппарата Киппа- в народе "аппарат Киппа", генератор "Юрия-TPV", "гейзер" ), электрохимические (СО2 образуется при электролизе) и "механические" (из баллонов, заправленных заранее углекислым газом -в народе "баллон", "баллонная система")
Все вышеперечисленные "приблуды" бывают как фирменными, так и самодельными. На фирменные я здесь ссылаться не буду- не считаю нужным рекламировать никого (кому надо- легко найдет здесь Аквариумные компании, интернет-магазины, брэнды и т.д. ). А самодельные попытаюсь показать.
Итак,
1.Брага. Способ стар как самогоноварение. В емкость с сахарным сиропом добавляются дрожжи, емкость закрывается герметично с газоотводной трубкой и процесс пошел. Еще раз о СО2 "запас хода" 2-5 недель
Преимущества. Оно одно. Простота, граничащая с примитивизмом.
Недостатки- нестабильная подача, возможны неконтролируемые скачки давления (вплоть до выбросов браги в аквариум- для этого и ставят вторую бутылку с водяным фильтром- гидрозатвором). Для хоть какой-то стабилизации процесса, в брагу иногда добавляют замедлители (желатин, крохмал и т.д.) Брагу практически невозможно автоматизировать на вкл/выкл по таймеру.
2.Химические способы получения СО2.
Они основаны на выделении углекислого газа при реакции щелочей и кислот.
-Собственно аппарат Киппа. Устойчиво работает на мраморной крошке, известняке и т.д. и соляной кислоте аппарат Киппа и расчет реактивов
Недостаток один, но серьезный. Необходимость использования в бытовых условиях опасных реактивов.
-Генератор Юрия-TPV. Серия генераторов углекислого газа, "приученных" работать на пищевой соде и лимонной кислоте. Генераторы СО2 Юрия-TPV - конец браге. В разных модификациях "запас хода" от 3-х недель, до полугода. Абсолютная безопасность, как по реактивам, так и по риску разгерметизации и последствиям, если таковая произойдет. Возможность регулировки подачи газа в достаточно широком диапазоне, дешевизна. Подходит для аквариумов от самых маленьких, до 200-250-литровых. Поскольку я причастен к авторству, то об остальных преимуществах скромно умолчу, а недостатков просто не вижу :-) Ну, за исключением того, что для сборки его нужно потратить час-два. В приведенной ссылке все об этом есть.
-Гейзерные системы. Генератор СО2 на сухих порошках Пенициллиновый пузырек с пробкой, в которую вставлен распылитель от компрессора. Внутри- смесь сухой соды и лимонной кислоты. Помещаем в аквариум. Вода сквозь распылитель капает на реактивы, начинается реакция. Газ вытесняет воду и выходит в аквариум. Пока реакция не закончится и давление внутри не упадет. Дальше- все по новой.
Преимущества- очень прост.
Недостатки- необходимость ежедневно его вынимать из аквариума и перезаряжать, а на следующий день опять ставить. Необходимость перезарядки вызвана появлением т.н. "цитратной корки" из-за малого количества воды в реактивах.
3.Электрохимические способы получения СО2.
Реактор CO2 Подробно не останавливаюсь, т.к. начинающим он точно не нужен- достаточно сложен. Если среди начинающих есть профессиональные химики, то они и без моих комментариев поймут, что среди балластных газов в данном девайсе присутствует водород, что несколько опасно. Если кому-то удастся обойти этот недостаток, то данный девайс станет одним из самых востребованных среди источников СО2 в аквариумистике.
4. Баллонные системы.
-Баллон. Наиболее эффективная и совершенная система подачи СО2. Правда, и самая дорогая. Состоит из баллона, в котором находится сжиженный СО2 под давлением около 50 атм, редуктора, снижающего давление газа до необходимой величины (обычно, 1,5-2 атм), регулировочного крана (кран Камоцци) и электромагнитного клапана (ЭМК) позволяющего автоматизировать подачу СО2 в аквариум. Варианты сборки баллонной системы Баллонная система СО2 (Metal) , Самодельная баллонная система.
В заводском исполнении баллоны бывают от 50мл и выше, в самодельном- кто что найдет. Очень неплохо себя ведут углекислотные огнетушители.
Преимущества- большой запас газа, высокая стабильность подачи, возможность регулировки подачи газа в очень широких пределах, полная приспособленность к автоматизации подачи газа.
Недостатки. Два, но серьезные- необходимость нахождения в квартире баллона с газом под высоким давлением с пусть и мизерной, но вероятностью разгерметизации и высокая цена (в варианте самодельном- относительная сложность сборки).
-Бутылка с газировкой. Ну, тут проще не придумаешь- игла с шлангом, воткнутая в крышку с газировкой.
Самый простой источник СО2 в аквариуме Недостатки- малый запас газа, невысокая стабильность подачи газа. Преимущество одно- полнейший примитивизм. Годится в одном случае- нужно срочно, а ничего другого под рукой нет. Хотя мне известны как минимум две уважаемые форумчанки, у которых этот девайс трудится на постоянной основе :hi_hi_hi:
Способы растворения углекислого газа в воде.
В аквариумистике принято называть устройства для растворения СО2 реакторами. Они бывают пассивного типа (когда газ растворяется при статическом контакте с водой или в процессе подъема пузырьков к поверхности) и активного типа (когда газ растворяется принудительно на специально сделанном для этого противотоке воды.
1. Реакторы пассивного типа.
- Реактор "колокол". Колокол- это колпачок, помещенный в воду донышком вверх. CO2 реактор типа колокол Под него закачивается СО2 и растворение происходит в пограничной зоне газа и воды. Чем больше площадь- тем лучше. Чем сильнее течение - тем интенсивнее растворяется газ.
Преимущества- простота изготовления.
Недостатки- низкая эффективность. Практически пригоден для "подкормки" газом до 10-15 мг/л небольших аквариумов.
-Реактор "рябиновая (липовая) ветка". Веточка рябины или липы, очищенная от коры и установленная в трубку подачи газа в аквариуме. Через торцевой срез ветки газ микропузырьками поступает в аквариум.
Мелкое распыление. Липа? Рябина? Или? , Генератор СО2 - критикуем. Для продавливания через ветку, у газа должно быть давление около 0,5 атм.
Преимущества- простота, компактность, возможность спрятать в аквариуме в незаметное место. Намного эффективнее колокола- в небольших аквариумах позволяет достичь значительных (в т.ч. и запредельных) концентраций СО2.
Недостатки- недолговечность (2-3 месяца), не полное растворение газа. Рябиновая ветка может использоваться как вспомогательное приспособления для подачи газа в реакторы активного типа.
-Реактор "диффузор". Емкость, помещаемая в аквариум. Верхняя часть диффузора представляет из себя мембрану с микроотверстиями, через которые в воду поступают микропузырьки. Продам баллооборудование CO2, диффузоры (СПб) (4 и 5 фото). Для стабильного прохождения через мембрану, у газа должно быть давление около 1 атм. Далее- аналогично рябиновой ветке. ИМХО, желание иметь не ветку а диффузор, можно объяснить только желанием дать заработать лишнюю копейку производителям оборудования.
-Реактор "лесенка". "Приблуда", в которой пузырек СО2, выходя из трубки поднимается вверх не по прямой, а зигзагами, постепенно растворяясь. Аналогично диффузору и рябиновой ветке годится для аквариумов средних размеров. В отличие от них, может работать и с источниками СО2 низкого давления, например, брагой.
1. Реакторы активного типа.
-Внутренний активный реактор (Реактор Зверева) Колокол, установленный срезом вниз на выхлопе помпы внутри аквариума. В нижнюю часть колокола подается СО2. Пузырьки стремятся подняться вверх, но противоток воды от помпы стремится вытолкнуть их вниз. В результате этого, пузырьки как бы "танцуют", интенсивно растворяясь в потоке воды. Реактор зверева (внутренний реактор активного типа). Преимущества- эффективное растворение газа, простота в изготовлении. Недостаток знаю один- портит внешний вид красивой растительной банки- нужно грамотно декорировать.
-Внешний активный реактор (реактор Сержа). Принцип действия аналогичен реактору Зверева. Но выполнен в отдельном герметичном корпусе и врезан в магистраль внешнего фильтра Реактор Сержа (внешний реактор на основе бытового фильтра). Преимущества- практически полное растворение практически любого количества подаваемого СО2. Недостаток (если это можно назвать недостатком)- требует для своей работы наличия внешнего фильтра или специальной помпы для прокачки воды.
-Внутренний фильтр- реактор (скромно назвал своим именем :smu:sche_nie: ) Попытка уйти от необходимости установки колокола (реактор Зверева) при использования внутреннего фильтра. Представляет собой помпу с губкой, установленную в стакан, в котором имеется полость для создания зоны активного растворения Внутренний фильтр с реактором для растворения CO2 (фильтр-реактор Юрия)
Преимущества- аналогично реактору Зверева. Недостаток- возросшие габариты внутреннего фильтра. Хотя, как по мне, декорировать, все-таки, проще чем колокол).
При использовании активных реакторов, растворение углекислого газа особенно эффективное, поэтому особое внимание следует уделять контролю за содержанием СО2 в воде.
Средства контроля за содержанием углекислого газа в аквариуме.
Для контроля поступления СО2 в аквариуме существует, собственно, один способ- замер кислотности (РН) и карбонатной жесткости (КН) с последующим определением концентрации СО2 в воде с помощью таблицы Таблица содержания углекислого газа в аквариуме (CO2, СО2) . Несколько удобнее эту процедуру делать с помощью калькулятора calculator.php#j Одна особенность- в нашем калькуляторе, при вводе значения РН, в качестве десятичного знака нужно использовать не запятую, а точку.
На этом же принципе, основано и использование дроп-чекера (ДЧ). ДЧ представляет из себя емкость, в одну часть которой залит эталонный индикаторный раствор- вода с КН 4, в которую добавлен индикатор- аналог теста на РН. Вторая часть емкости открыта и в нее попадает аквариумная вода. Обе части емкости выполнены таким образом, что между индикаторным раствором и аквариумной водой всегда имеется воздушная подушка. Эдакий "сифон наоборот". При повышении концентрации СО2 в аквариумной воде, часть его выходит из нее в воздушную подушку, выравнивая парциальное давление СО2 в воде и воздухе над ней. Одновременно с этим, СО2 растворяется в индикаторном растворе, так же выравнивая парциальное давление. В результате, концентрация СО2 в аквариумной воде и в индикаторном растворе становятся одинаковыми. С изменением концентрации СО2 в индикаторном растворе, изменяется и его РН, на что индикатор реагирует изменением цвета. По его цвету и можно судить о концентрации СО2. При уменьшении концентрации СО2 в воде, все происходит в обратном порядке. Такой себе постоянно действующий тест на РН Дроп чекер своими руками (DIY CO2 Drop Checker) . Очень удобный девайс с одним существенным недостатком- пока все вышеописанные процессы пройдут, проходит 2-3 часа- время запаздывания ДЧ. За это время можно и рыбу всю положить. Поэтому, я бы на этапе отработки подачи газа рекомендовал бы пользоваться тестами и калькулятором, чтоб иметь "мгновенные" значения, а ДЧ использовать для общего контроля в уже установившемся режиме.
Счетчик пузырьков.
Для отслеживания количества СО2 поступившего в аквариум используется счетчик пузырьков- небольшая прозрачная емкость, заполненная водой и врезанная в магистраль подачи газа. СО2, проходя через него визуально наблюдается в виде пузырьков, проходящих через воду с равными интервалами один от другого Продам баллооборудование CO2, диффузоры (СПб) (пятое фото слева, седьмое фото справа). Опять-таки, не понимаю, зачем платить, когда с таким же успехом можно взять для этой цели фильтр от капельницы))). Под счетчиком пузырьков желательно ставить обратный клапан- чтоб в случае падения давления газа, вода не вытекла в трубку вниз. Обратный клапан, так же, следует ставить перед рябиновой веткой или диффузором в аквариуме. Обратный клапан в системе подачи углекислого газа для аквариума
-Пирлинг- пузыряние растений. Несколько субъективный :-) метод контроля за содержанием СО2 в аквариуме. Однако, факт остается фактом- опытный аквариумист, зная химсостав воды в своем аквариуме и свое освещение, по пузырянию растений вполне может сделать достаточно точный вывод о концентрации СО2 в воде. Тем более, что разные растения на это реагируют по-разному.