Применение различных сорбентов, а также адсорбция продуктов метаболизма морских животных и растений на поверхностях раздела вода– воздух в виде пены, собираемой пузырьками воздуха, а также самой поверхностью воды аквариума, через которую осуществляется газообмен, называется адсорбционно-химической очисткой воды, или фильтрацией.
Активированный уголь и другие сорбенты
В порах активированного угля и некоторых других природных веществ и минералов, а также появившихся в последнее время синтетических полимерных сорбентов происходит поглощение других химических соединений различного происхождения – мелкодисперсных твердых веществ, жидкостей и газов.
Для удаления нежелательных органических загрязнений аквариумисты обычно поступают по очень упрощенной схеме – ставят в аквариум адсорбционный, или, иначе говоря, химический, фильтр с активированным углем или другими веществами, которые называют сорбентами (натуральными или синтетическими). При этом они считают, что, периодически меняя наполнитель такого фильтра, они решают все проблемы с попутной органикой. К сожалению, это не всегда и не совсем так, но об этом разговор особый. Самое важное при использовании сорбентов – правильно определить регламент их замены. В лучшем случае они просто перестают выполнять свои функции, так как сорбирующие поверхности не могут больше принимать загрязняющие вещества, а в худшем случае происходит спонтанная десорбция – внезапный выброс всего накопленного в воду аквариума. Несомненно одно – избежать стресса у обитателей аквариума не удастся. Особо чувствительные гидробионты испытывают стресс даже при малейшем сбое, поэтому нередко аквариумисты ставят два угольных контактора, которые меняют по очереди, чтобы не было резкого изменения в концентрации из-за луч шей сорбирующей способности свежего действующего вещества. В качестве наполнителя угольных контакторов можно с успехом использовать отечественный березовый уголь марки БАУ. Перед употреблением уголь желательно промыть в чистой воде от угольной пыли, а затем еще и прокипятить, особенно если после его применения в аквариуме было отмечено снижение показателя рН.
Устройство для умягчения воды заполняется ионообменными смолами, через которые осуществляется циркуляция аквариумной воды. Ионообменную смолу необходимо периодически регенерировать. Устройство, расположенное справа, предназначено для аквариумов большего размера
Для умягчения воды в качестве наполнителей химических фильтров нередко используют ионообменные смолы. Свойства ионообменных смол позволяют им замещать положительно заряженные ионы в растворах (катионы) на ионы водорода, а отрицательно заряженные ионы (анионы) – на ионы гидроксила. В результат е в растворе остается одна вода, а катионы и анионы адсорбируются ионообменными смолами. Для приведения ионообменных смол в рабочее состояние их «заряжают» с помощью сильных кислот (обычно соляной) и щелочей. По мере работы емкость ионообменных смол и, соответственно, объем обрабатываемой воды уменьшаются, и их приходится регенерировать вновь и вновь. Следует помнить, что количество циклов регенерации смолы практически не ограничено и определяется главным образом сроком службы смолы как вещества, что в итоге определяется условиями ее использования и хранения. Ионообменные смолы, замещающие катионы, называются катионитами, а анионы – анионитами. Обычно их размещают в отдельных устройствах в форме цилиндров, называемых ионообменными колонками. Для полного обессоливания и, соответственно, умягчения вода последовательно проходит через обе ионообменные колонки. Чаще всего в практике аквариумиста ионообменные колонки используют в системах водоподготовки.
Пеноотделители
Для того чтобы экскременты и другие выделения рыб в виде слизи и высокомолекулярных соединений не попадали в механический фильтр, где обычно происходит их первичное разложение, вызывающее отравление всего аквариума органическими веществами, используют так называемые скиммер-камеры, или пеноотделители. В этих устройствах, представляющих собой высокие цилиндры, заполненные водой, поднимаются мельчайшие пузырьки воздуха, нередко с добавлением озона. Эти пузырьки адсорбируют на своей поверхности частички органических взвесей, слизи, высокомолекулярные компоненты выделений и в виде пены выводят их за пределы аквариума в отдельные емкости – пеносборники. Периодически собранную пену выливают, а пеносборники, предварительно сполоснув, возвращают на место.
Схема пеноотделителя с противотоком и распылителями воздуха в качестве генераторов пузырьков. Пузырьки воздуха от распылителей поднимаются вверх навстречу воде, поступающей из аквариума для очистки. Образующаяся пена с адсорбированными на поверхностях раздела загрязнениями попадает в пеноприемник. Очищенная вода собирается в нижней части цилиндра и возвращается в аквариум после обработки
Существует две принципиальные схемы пеноотделителей – прямоточная и противоточная. В первом случае поток обрабатываемой воды движется в том же направлении, что и поднимающиеся вверх пузырьки. Во втором случае обрабатываемая вода движется навстречу потоку пузырьков. Поскольку вторая система признана значительно более эффективной из-за большего времени задержки воды в контакте с пузырьками (этот параметр в иностранной литературе называется «retention time»), а прямоточные пеноотделители в настоящее время потеряли свою актуальность, мы не будем их далее рассматривать. Важную роль в работе пеноотделителей играет размер пузырьков. Это связано с тем, что площадь контакта с водой пузырьков диаметром 0,1 мм, полученных из 1 л воздуха, окажется в 50 раз больше площади пузырьков диаметром 5 мм, полученных из того же объема воздуха.
Для того чтобы читателю было понятно, насколько важно при создании скиммер-камер учитывать все влияющие параметры, приведу пример. При расчетах их производительности специалисты учитывают даже, казалось бы, такие мелочи, как зависимость формы поднимающихся пузырьков от их размера. Так, при нормальном атмосферном давлении пузырьки размером до 1 мм имеют строгую сферическую форму, в то время как пузырьки размером свыше 2 мм имеют форму эллипсоида.
Различные технические реализации скиммер-камеры:
а – для удвоения производительности пеноотделителей нередко используются сдвоенные конструкции с двумя цилиндрами, расположенными на одном основании резервуара очищенной воды (справа); б – техническая реализация скиммер-камеры с мото рным генератором пузырьков (насос справа); в – техническая реализация пеноотделителя повышенной производительности. здесь справа над насосом расположена трубка забора воздуха для инжектора с краном регулировки подачи воздуха
В современных конструкциях высокопроизводительных пеноотделителей используются устройства, генерирующие пузырьки диаметром приблизительно 0,5 мм. В любительских же конструкциях до настоящего времени нередко применяются скиммер-камеры с распылителями, аналогичными тем, что и для систем аэрации. Как показал опыт, наилучшие пузырьки получаются из деревянных распылителей, которые изготавливают из липы. Липовые распылители не требуют очень большого давления от компрессора и создают равномерный ток пузырьков в течение всего срока службы, который, к сожалению, обычно не превышает 2 мес. Однако как наиболее надежному способу генерации пузырьков предпочтение отдают инжекторам – устройствам, засасывающим воздух под действием потока воды, создаваемог о насосом. Принцип тот же, что и при работе обычного пульверизатора. Срок работы инжекторов практически неограничен, и они не нуждаются в обслуживании, что, по сравнению с распылителями, является огромным преимуществом.
Другое устройство для генерации пузырьков – так называемый диспергатор. В принципе это такой же инжектор, но в дополнение снабженный вращающимся диском с прорезями, периодически прерывающими струю воздуха. Следует отметить, что забор воздуха, поступающего в пеноотделитель, должен производиться из источника чистого воздуха. Наличие в засасываемом воздухе табачного дыма или выхлопных газов может привести к отравлению всего аквариума. В этом случае необходимо ставить специальный фильтр очистки с активированным углем, водяным реактором и т. п.
Общая схема работы пеноотделителя с противотоком включает 4 зоны. В зоне активной обработки воды происходит контакт пузырьков воздуха, поднимающихся вверх, с водой из аквариума, движущейся в обратном направлении сверху вниз. Образующаяся пена поднимается вверх, собирается в пеносборнике и отводится в канализацию. Воздух, поступающий в пеноотделитель в виде пузырьков, уходит в атмосферу в отработанном виде. Очищенная вода собирается в нижней части цилиндра и возвращается в аквариум.
В случае использования озона он подается в систему в виде смеси с воздухом, образующим пузырьки
Скиммер-камера с объемом циркуляции воды 350 000 л/ч. Для сравнения справа от большой камеры поставлен пеноотделитель сравнительно небольшой производительности, который обеспечивает объем циркуляции воды 2000 л/ч
Большая скиммер-камера 4 м высотой и более 1 м в диаметре – основа для поддержания высокого качества воды в аквариумах карантина-передержки морских организмов. управление пеноотделителем осуществляется со щита, расположенного с левой стороны.
Если рассматривать схему работы скиммер-камеры, то в ней можно различить 4 рабочие зоны. В самом низу рабочего цилиндра находится зона выхода очищенной воды. Несколько выше, начиная с уровня впрыскивания пузырьков, располагается контактная зона, где, собственно, и происходит образование пены. Далее, несколько выше уровня поступления обрабатываемой воды, размещается зона транспорта пены в четвертую зону – зону сборника и отвода пены.
Выбор типа пеноотделителя во многом определяется требованиями объектов, содержащихся в аквариуме, к качеству воды, плотности посадки гидробионтов, а также финансовыми возможностями любителей. Иногда бывает дешевле использовать два или более простых пеноотделителя в одной системе очистки, чем приобретать мощное и дорогое устройство. Ведь скиммер-камеры для больших аквариумов или систем с большим числом аквариумов и центральным фильтром могут быть поистине грандиозными устройствами 4-метровой высоты при диаметре, достигающем 2 м и более. Объем воды в таком пеноотделителе может достигать 12 м при высоте столба воды 2,5 м, а потребляемая мощность 12 кВт! Чтобы оценить скорость течения воды через такую камеру, необходимо умножить время задержки, например стандартные 2 мин, на 12 т воды. Таким образом, за 1 ч этот пеноотделитель обрабатывает почти 360 т воды. Скиммер-камеры такого объема предусматривают возможность уменьшения времени задержки до 1,5 мин, и тогда производительность устройства возрастает более чем на 100 т воды без существенного ухудшения качества обработки.
Техническое оборудование такого пеноотделителя включает инжектор, систему очистки пеносборника и расходомеры воды и воздуха. Если же в системе будет использован озон, в состав обязательного оборудования включается генератор озона, измеритель редокс-потенциала и система очистки воды и отработанного воздуха от остаточного озона.
Поверхностный скиммер
Видимая невооруженным глазом маслянистая пленка на поверхности аквариума свидетельствует о значительном загрязнении воды в аквариуме, но, даже будучи невидимой, она существует, так как на поверхности раздела двух фаз (вода-воздух) неизбежно концентрируются загрязняющие воду субстанции, откуда их нетрудно собрать с помощью поверхностного скиммера. Для этого с одной из сторон аквариума или в углу устраивают так называемый перелив, куда эти пленки затягивает течением. Далее они собираются в поддоне и в концентрированном виде прямиком попадают в колонку пеноотделителя или биофильтр (последнее менее эффективно с точки зрения выведения загрязнений за пределы аквариума).
Аквариум с внутренним переливом, обеспечивающим перемещение органики, собирающейся на поверхности воды, к биофильтру, расположенному в поддоне. Трубка большего диаметра (слева) проходит через дно отделенной части аквариума и посредством гибкого шланга направляет воду, собранную с его поверхности, в поддон, где располагаются системы биоочистки. После очистки вода возвращается обратно через трубку (справа), проходящую через дно аквариума
Группа пресноводных аквариумов (рыборазводни) с полупроточной системой и поверхностным сливом, отводящим загрязненную воду вместе с пленкой в канализацию. Даже такое простейшее устройство выполняет роль поверхностного скиммера, удаляющего органику из аквариума. Водные растения, буйно растущие над поверхностью воды верхнего яруса аквариумов, выполняют роль водорослевого денитрификационного фильтра
Сливные трубки поверхностного скиммера с переливом располагаются прямо на дне отгороженной зоны аквариума
Применение озона
Как известно, озон состоит из трех атомов кислорода и легко разрушается с образованием сильнейшего окислителя – атомарного кислорода. Применение озона в аквариумистике началось в 1960-е гг., первоначально для обеззараживания воды и контроля болезней рыб.
Механизмы и химия взаимодействия озона с водой пресноводного и особенно морского аквариумов значительно сложнее, чем это принято описывать в популярной аквариумной литературе. К сожалению, научный уровень большинства аквариумных «химиков» не позволяет им полностью осознать, что столь высокая окислительная способность озона приводит к окислению не только органики и азотистых составляющих, представленных процессами нитрификации, но и хлоридов, бромидов и пр. Образующиеся при этом продукты окисления более устойчивы в растворе, чем оз он, и в ряде случаев (при содержании и разведении особо нежных рыб и беспозвоночных) нуждаются в нейтрализации с помощью, например, тиосульфата натрия, который мы привыкли использовать для освобождения воды от хлора.
Очевидно, что в случае применения в системе очистки аквариума озон увеличивает эффективность работы биофильтра и позволяет уменьшить проблемы, связанные с появлением пиков аммиака и нитритов. Значительно снижается накопление компонентов органического загрязнения воды, не разрушаемых биофильтром и вызывающих желтоватую окраску воды и др.
Кроме того, становится меньше вероятность возникновения аквариумных эпидемий из-за развития болезнетворных организмов, а при концентрации озона от 500 до 1500 мг на 1 т воды в ней гибнут все бактерии и вирусы. Установлено, например, что при концентрации в воде озона 1 мг/л все вирусы погибают за 1 с! На этом свойстве основано применение озона для обеззараживания питьевой воды на современных водопр оводных станциях, а самые мощные озонаторы с производительностью озона до 2 кг/ч применяют для очистки промышленных стоков, например для систем регенерации воды на автомобильных мойках, содержащей моторные масла, бензин и пр.
Существует два метода генерирования озона для использования в аквариумах. В первом случае озон образуется из кислорода воздуха путем фотохимической реакции, вызванной коротковолновым ультрафиолетовым излучением, а во втором – за счет коронного разряда, происходящего в специальном герметичном разряднике.
Обычно производительность аквариумных озонаторов не превышает 200–250 мг озона в час, эта концентрация не вызывает острых отравлений и для жизни людей не смертельна. Тем не менее даже такое количество озона в воздухе может вызвать как минимум хроническую головную боль и кашель. Обязательно следует помнить о том, что если вы чувствуете запах озона в жилой комнате с аквариумом, его концентрация слишком высока и вредна для о рганизма. Квартиру следует проветрить, а озонатор выключить и тщательно проверить все соединительные трубки, а также систему поглощения остаточного озона с помощью активированного угля. Не следует забывать, что благодаря уникальной окислительной способности озон вызывает ускоренное разрушение всех пластиковых трубок, соединений и других элементов, контактирующих с ним. Поэтому следует регулярно проверять все озоновые коммуникации и при обнаружении на них трещин, а также при значительном снижении эластичности шлангов следует своевременно заменять их на новые. Особенно надо следить за мембранами компрессоров и их клапанами, которые в первую очередь страдают от утечки озона.
Озон чаще всего используют в колонках пеноотделителей. Начинать следует с концентрации озона от 0,1 до 0,15 мг/л аквариумной воды в час. На выходе воды после скиммер-камеры обязательно следует поставить химический фильтр с активированным углем, который будет поглощать излишек озона в воде. Больши нство любителей ошибочно считает, что озон нужен только для морского аквариума, на самом же деле его использование в пресно– и солоноватоводном аквариумах приносит огромную пользу. Поскольку здесь нет опасности отравления рыб более устойчивыми к разложению продуктами окисления галогенов (хлора, брома, йода), концентрацию озона в воде можно повышать до уровня, на котором вода становится практически стерильной и окисляются органические продукты, выделяемые рыбами и беспозвоночными. Явным преимуществом озона перед другими сильными окислителями, например фтором, хлором, перекисью водорода и перманганатом калия, является то, что после распада в воде остается только кислород, жизненно необходимый всему живому, не сдвигающий активную реакцию воды рН и не изменяющий химического состава воды.
Правильное применение озона в аквариумистике сопряжено с определенными трудностями в дозировке. Для контроля работы озонатора, подающего озон в воду, чаще всего применяется способ, ос нованный на измерении окислительно-восстановительного потенциала воды RH. Для этого параметра существует и другое широко распространенное название – «редокс-потенциал». Измерение этого потенциала производится аналогично измерению рН, то есть с помощью милливольтметра потенциала, возникающего на специальном платиновом электроде. Существует связь между величиной окислительно-восстановительного потенциала и концентрацией озона в воде, поэтому при дозировке озона говорят о величине редокс-потенциала, выражая его в милливольтах (мВ). По сравнению с промышленным применением озона в очистке и стерилизации воды диапазон аквариумного применения озона ограничен величинами 200–400 мВ, что значительно ниже уровня, применяемого для очистки водопроводной воды, где адекватная концентрация озона находится в пределах 600–800 мВ. При этом принято считать, что уже при RH = 700 мВ достигается полная стерильность воды. В промышленных установках, где высока плотность посадки рыб и других гидробионтов, обычн о используют поддержание концентрации озона в воде, соответствующей диапазону 300–400 мВ. Контроль редокс-потенциала обычно производится в потоке воды на выходе устройства, использующего озон, – чаще всего пеноотделителя.
Мне часто задают вопрос, а обязательно ли использовать озон в морских аквариумах? Ответ простой: совершенно необязательно, особенно в сравнительно небольших домашних водоемах, где частая подмена воды не столь обременительна и дорога. Однако в больших публичных аквариумах и океанариумах, где нужна идеальная прозрачность воды, а регулярная подмена многих десятков тысяч литров стоит очень дорого, альтернативы озону пока не найдено.
