Использование углекислого газа в аквариуме

29.05.2015.

Использование углекислого газа в аквариуме

Зачем нужен СО₂?

“Во-первых, это красиво…” Раввин из анекдота про обрезание. В самом деле, – это красиво – небрежно так заметить приятелям, аквариумистам-чайникам, что, мол, у меня бульбулятор уже 4-ую неделю работает… 

 Во-вторых, это одно из отличий мальчика от мужчины в аквариумном деле, вроде озонатора в морском аквариуме – вы сразу же переходите на следующий качественный уровень, появляется уверенность, что выращивание густого кустарника из криптокорин – дело плевое.

Ну и не особо важные цели, которые можно достичь с использованием СО2:

Для большинства растений повышение концентрации СО2 в воде приводит к значительному ускорению в росте. Конечно при условии, что все остальное – свет и удобрения имеются в наличии. Появляется реальный шанс победить “черную бороду” и прочие радости естественным способом, без привлечения тяжелой артиллерии (химии, ядреной бомбы, хлорки). Можно понизить рН воды, сделав ее более кислой. Что нравится многим рыбам – дискусам и неонам, например. При этом надо помнить, что воду можно сделать очень кислой, что совсем не нравится рыбам. Больше СО2 для растений означает больше кислорода для рыб. 

Что нужно для получения СО2 и достижения результатов?

Как всегда, в аквариумном деле, нужна голова. Если есть большой кошелек – это может упростить дело. Но в этом случае все это вам читать не надо – для вас прочитают другие. Для получения результатов, кроме того, нужен труд и терпение. Подумайте – сможете ли вы менять микстуру в бутылке с дрожжами регулярно, подсыпать удобрения, желательно ежедневно, если вы выращиваете растения, менять воду (это нужно делать регулярно и так). Если нет, тогда может быть лучше купить пластиковых растений, и поставить компрессор, чтобы булькал пузырьками.

Техника

Какие есть способы получения СО2?

Бутылка с дрожжами. Достоинство: недорого, хотя если вы собираетесь этим заниматься долго, то может, имеет смысл вложить деньги в баллон, поскольку это окупит себя в течение нескольких лет. Несложно – не нужно никакого сложного оборудования, редукторов для понижения давления и т.д. Недостатки – требует постоянного внимания, неизвестно сколько продлится одна зарядка. Бывает 3-4 недели, бывает и одну. Нельзя контролировать, например, выключать на ночь. Один из способов – описан ниже.

 Баллон с СО2. Достоинства – одной зарядки хватить на год и более. Количество СО2 можно контролировать, например от рН-контроллера. Недостатки: стоимость.

 Химические способы – всякие реакции с выделением СО2. Например, использование устройства, производимое компанией Ceomat. Достоинства: нет высокого давления, можно регулировать подачу или отключать на ночь. Недостатки: плохо понятна эффективность, стоимость и все остальное.

Всякие экзотические способы, вроде надувания ртом воздушных шариков и прокачивание их через аквариум. Рассматриваться тут не будут. Кто хочет – пусть попробует и расскажет.

Если вы только хотите попробовать вкус выращивания растений – начните с дрожжей. Потом всегда можно вложить деньги в баллон.

Какой нужен баллон и где его можно достать, что еще нужно к баллону?

Баллон нужен с пищевым СО2. Существует несколько категорий СО2 и, наверное, вам не хочется перетравить всех рыб. Поэтому не надо использовать баллон, в котором хранили ацетилен. Наилучший баллон – тот, который используется для газирования воды. Небольшого баллона на пару килограмм (углекислого газа – сам баллон тяжелый) хватит, примерно, на год. Возможно использование старых углекислотных огнетушителей. Обычно баллонами торгуют фирмы, имеющие дело со сварочными работами. Можно купить фирменную систему – но она будет в несколько раз дороже.

Некоторые компании, продающие баллоны, регуляторы и т.д.

Помните: в баллоне газ под большим давлением и баллон не игрушка. В приличном месте вам выдадут памятку с правилами безопасности – лучше их соблюдать.

К баллону вам нужен будет редуктор для понижения давления с 5000-7000 кПа (и более) в баллоне до приемлемого давления (по-английски – reductor). Выбор его определяется вашей фантазией и финансовыми соображениями. Еще раз о безопасности – берите проверенный редуктор, который предназначен для СО2. Двухступенчатый, в принципе не обязателен. Наличие манометров – желательно, хотя, почти до самого конца газа в баллоне указатель показывает практически постоянное давление. Иногда второй указатель измеряет не давление, а объем проходящего СО2.

Вам понадобится и игольчатый клапан для тонкой регулировки СО2 (needle valve). Обычным краном редуктора отрегулировать подачу газа – один-два пузырька в секунду сложно.

Дополнительно о CO2

Почему все-таки необходимо добавлять СО2 в воду, разве рыбы не выделяют достаточно СО2 для растений, которые обеспечивают достаточно кислорода для дыхания рыб?

В обычном аквариуме количество рыб недостаточно, чтобы поднять концентрацию СО2 много выше уровня равновесия (около 2 мг/л). Конечно, можно увеличить количество рыб, но это вызовет другие проблемы.

С другой стороны, в аквариуме без добавления СО2 растения не могут обеспечить достаточное количество кислорода для дыхания рыб. Уровень насыщенного кислорода в пресной воде 8.5 mg/l при 25C на уровне моря. Измерения показывают, что при разумном количестве рыб и бактерий (которым тоже необходим кислород) уровень О2 снижается до 80-85% от насыщения . Даже интенсивная аэрация не позволяет повысить уровень О2 до 90%, поскольку основным источником кислорода в таком аквариуме является его растворение из воздуха. Даже trickle фильтры, в которых струя воды разбивается на мелкие капли, для обогащения ее кислородом, не позволяют поднять уровень О2 выше 95% от насыщения

Для повышения концентрации О2 можно растворять его в воде, (этот процесс тут не рассматривается) или использовать растения, которые выделяют О2 в процессе фотосинтеза (не надо забывать, что в остальное время растения поглощают О2 и выделяют СО2). Без добавления СО2 большинство растений (некоторые, как элодея, могут использовать бикарбонаты) не способны обеспечить достаточный уровень фотосинтеза. При добавлении СО2 и выполнения остальных условий, таких как наличие питательных веществ для растений и свет, скорость фотосинтеза повышается и концентрация О2 возрастает в воде часто до уровня выше насыщения. При этом видны пузырьки кислорода, поднимающиеся от растений.

При этом скорость роста растений резко возрастает, что по себе является достаточной наградой за использование СО2. Растущие растения интенсивно поглощают из воды нитраты и фосфаты, вызывающие рост водорослей. Подробнее об этом написано в статье про водоросли

Не является ли повышенный уровень СО2 в аквариуме опасным для рыб?

Нет, если его концентрация не превышает допустимого уровня. Растворенный в воде СО2 не вытесняет необходимый для дыхания кислород, а более быстрый рост растений обеспечивает большее количество кислорода.

Что происходит при растворении СО2 в воде и почему рН воды понижается? Как связаны концентрация СО2, рН и КН

Когда СО2 растворяется в воде, то, как конечная стадия процесса, образуется кислота: CO2+H2O=H2CO3, соответственно рН понижается. Наличие у воды карбонатной жесткости (КН) препятствует этому понижению (или “тормозит” это понижение на определенном уровне), Взаимосвязь видна из таблицы показывающей концентрацию растворенного СО2 (в мг/л) для воды при температуре 25C, значения КН даны в градусах жесткости - dH. 

РН         6.0      6.25     6.5       6.75     7.0       7.25     7.5       7.75     8.0

КН     

1            34        19        11        6          3          2          1          1          0.3

2            66        37        21        12        7          4          2          1          0.7

3            97        55        31        17        10        5          3          2          1

4            128      72        40        23        13        7          4          2          1.3

5            157      88        50        28        16        9          5          3          1.6

6            186      105      59        33        19        10        6          3          2.1

10          298      168      94        53        30        17        9          5          2.7

15          430      242      136      76        43        24        14        8          4.2

 Можно ли определить концентрацию растворенного в воде СО2, померив рН и КН?

 Теоретически возможно, практически нет, по нескольким причинам: как видно из таблицы, влияние точности измерения рН на результат очень сильное. Обычные аквариумные тесты не позволяют измерить рН точнее, чем 0.2-0.5.

Аквариумные тесты для измерения жесткости обычно измеряют щелочность воды, а не карбонатную жесткость. Обычно в аквариуме разница между ними небольшая и для практических целей вполне приемлемая, но вычислять по ней концентрацию СО2 не следует. Концентрация СО2 зависит от температуры.

Как практически определить, есть ли в аквариуме СО2 и потребляют ли его растения?

Это несложно сделать, используя только рН тест. Надо налить воды из аквариума и немедленно измерить рН. После этого продуть измеряемую воду (или оставить открытую емкость), чтобы из нее улетучился СО2. При этом рН возрастет. Качественно оценить количество СО2 можно по степени изменения рН. Проделав измерение рН утром, перед включением ламп, и вечером, по разнице в значениях рН можно судить о потреблении СО2 растениями. Точную оценку дать нельзя, поскольку некоторые растения (элодея) могут использовать бикарбонаты, при этом рН возрастает.

Какой уровень СО2 считается оптимальным?

5-15 мг/л

Какой уровень СО2 считается безопасным?

До 40 мг/л. Это безопасный уровень самого СО2 в воде. Надо помнить, что при недостаточной карбонатной жесткости воды, у вас может “обвалиться” pH и рыбы погибнут.

Как можно увеличить карбонатную жесткость (KH)?

Одна чайная ложка, примерно 6 грамм, пищевой соды на 50 литров воды увеличит KH на 4 градуса.

Практическое использование баллона

Система высокого и низкого давлений.

Этот раздел основан на моем опыте использования двух видов систем. Одна система - традиционная, “низкого давления” (НД), описана выше, проработала около 4 лет. Во втором аквариуме я установил систему “высокого давления” (ВД). Она работает около полугода (осень, 2001) и мне нравится больше, чем предыдущая.

Итак, чем отличаются обе системы.

Система НД: Баллон -> Редуктор -> Игольчатый клапан -> Реактор (Например, канистровый фильтр)

Система ВД: Баллон -> Редуктор -> Реактор высокого давления (Например, Eheim)

В системе НД, где углекислый газ поступает в фильтр или подобный тип реактора, давление на выходе системы (т.е. на входе канистрового фильтра) должно быть около одного КПа (0.2-1 psi). Проблема в том, что редуктор не рассчитан на такое выходное давление. Он уверенно работает, понижая давление в баллоне с 5000-7000 КПа (800 psi) до 50-100КПа на выходе редуктора. Если давление на выходе ниже, то редуктор перестает устойчиво регулировать объем газа - с этим сталкивались многие, я в том числе. В принципе, регулятор не регулирует объем проходящего через него газа. Он лишь выпускает необходимое количество для поддержания давления на выходе. Для того, чтобы понизить давление до необходимого, либо нужно использовать специальный редуктор, который достаточно дорог (вероятно можно приспособить что-то от газовых баллонов - но я бы не советовал заниматься самодеятельностью в таком вопросе), либо использовать игольчатый клапан не по прямому назначению - они не рассчитаны на такое понижение давления, поэтому их приходится закручивать почти полностью, чтобы получить один-два пузырька в секунду.

Система ВД использует реактор, который требует давление на входе сравнимое с выходным давление редуктора. Например, используемый мною Eheim представлает собой совмещенный счетчик пузырьков, которы видно в нижней части, и диффузор, представляющий собой керамическую пластинку из которой выходят очень мелкие пузырьки. Эта система требует на входе около 30-100 КПа (5-15 psi).

При этом отпадает необходимость в использовании игольчатого клапана - регулировку можно осуществлять редуктором, котырый отлично справляется со своей задачей.

Стоимость также в пользу этой системы - Eheim Diffuser стоит около $15-20, а хороший клапан (needle valve) Nu-Pro - $50-80.

Безопасность

Как было указано выше, баллон высокого давления - это не игрушка и с ним следует обращаться осторожно. Когда вы перевозите баллон, не забывайте закрывать кран на баллоне.

Нельзя класть баллон на бок при открытом кране - если жидкая углекислота попадет в редуктор, то она начнет значительно расширяться. Редуктор, обычно, на такое не рассчитан.

В баллоне находится жидкость, поэтому редуктор показывает давление насыщенного газа. Оно остается постоянным до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в газ. При этом давленеи в баллоне резко упадет в течение нескольких дней. К сожалению, редуктор не рассчитан на то, чтобы “удержать” газ под низким давлением в баллоне и, когда давление упадет до 3000-3500 КПа, вместо 5500-6000 КПа в полном баллоне, редуктор может “выплеснуть” это все в аквариум. Если это происходит днем, то растения успеют скорей всего, использовать углекислый газ. Однако, если это произойдет ночью, да еще при накрытом покровном стекле, то результаты могут быть самыми печальными.

Существуют несколько способов избежать этого.

Следить за показанием манометра или весом. Как только баллон станет легким (лучше всего замерять вес пустого и полного баллонов), то следует его заменить на новый. Я примерно знаю, на сколько времени у меня хватает баллона, поэтому перезаряжаю их, не дожидаясь момента, когда они опустеют

Поставить клапан, который откроется, когда давление в системе превысит, например, 100-200 КПа. В принципе, его можно сделать самому, используя вертикальную трубу с водой длиной несколько метров.

Использовать более дорогой редуктор - например, двухступенчатый редуктор, редуктор, который регулирует, основываясь на выходном давлении вместо входного давления и т.д.