Оборудование

Цельностеклянный диффузор СО2 проточного типа

Подробности

Родительская категория: Статьи

Просмотров: 17639

Автор: Виталий Зубелевич

В отличие от наземных высших растений для водных одним из основных факторов, ограничивающих их рост, является недостаток углекислого газа (УГ), необходимого для фотосинтеза. В аквариуме с аэрацией (т.е. когда вода и воздух находятся в равновесии по содержанию УГ) концентрация CO2 может быть около 1 мг/л, что значительно ниже комфортных 30 мг/л, когда растениям легко извлекать его даже при умеренном освещении [1]. В аквариумистике особенно среди любителей растительных аквариумов широко распространена практика удобрения воды УГ. Для этих целей чаще всего используют либо жидкий газ в баллонах высокого давления, либо получают его бескислородным брожением сахаров (как правило сахарозы). Каждый из этих вариантов может оказаться более целесообразеным в том или ином случае; в значительной степени это – вопрос предпочтения и финансов. Плюсы и минусы этих способов снабжения растений УГ не будут обсуждаться в данной статье. Вместо этого я остановлюсь здесь на проблеме растворения УГ в воде в условиях аквариума.

Стоит сразу отметить, что растворяемость в воде у СО2 значительно выше, чем у других газов земной атмосферы, включая кислород. Несмотря на это добиться значительных результатов простой продувкой воды (т.е. подачей УГ непосредственно на распылитель, как при обычной аэрации подачей воздуха) не удаётся: значительная часть газа благополучно достигает поверхности и уходит в атмосферу, не принеся никакой пользы растениям. Для более экономного расходования УГ используют специальные устройства, увеличивающие его диффузию в воду (или проще – растворение). Если классифицировать диффузоры, то самым общим образом они могут быть подразделены на пассивные и активные устройства. Некоторые по этому принципу разделяют их на диффузоры и реакторы, однако, по моему мнению, это некорректно. Ни в активных, ни в пассивных устройствах для растворения СО2 никаких реакций не происходит.
В пассивных диффузорах растворяемость газа улучшается по сравнению с обычной продувкой (подачей на распылитель) за счёт увеличения времени движения либо просто нахождения пузырька газа под водой, а также площади соприкосновения УГ с водой. Примерами таких устройств могут служить всевозможные лесенки [2], спиральки [3] и т.д., или, скажем, закреплённый у дна обычный синтетический чулок с подведённой трубочкой от источника УГ. В случае лесенок время пребывания газа под водой увеличивается за счёт длинного пути, проходимого пузырьком газа до поверхности, а в случае чулка – за счёт непроницаемости его для СО2 в газообразной форме (однако материал чулка не препятствует контакту УГ с водой за счёт чего и происходит диффузия). В некоторых коммерческих устройствах [4] хорошей растворимости добиваются за счёт пропускания УГ через специальные материалы, обеспечивающие его разбивание на очень мелкие пузырьки, растворение которых облегчается силами поверхностного натяжения.
В активных устройствах используется растворение за счёт разбивания газа струёй воды на мелкие пузырьки или просто прокачкой воды через объём УГ либо вблизи поверхности раздела сред УГ/вода. При этом повышается не только площадь контакта воды с двуокисью углерода в газообразном состоянии, но и удельная (на единицу площади) скорость растворения. Это происходит за счёт того, что в отличие от пассивных устройств в активных диффузорах УГ в каждый момент времени контактирует с «новой» водой. Вода насыщается углекислотой и уносится потоком, который вместо неё к поверхности раздела сред приносит ещё не обогащённую CO2 воду. В пассивных диффузорах УГ достаточно быстро растворяется в приповерхностном слое воды, а дальше процесс определяется скоростью диффузии CO2 уже в водной среде. Скорость эта в стоячей воде относительно невысока, что делает пассивные диффузоры, как правило, менее эффективными и ограничивает применение последних в больших аквариумах. Кроме соответствующих коммерческих продуктов среди примеров активных диффузоров можно указать такие распространённые методы растворения, как подача УГ на вход или выход внешнего фильтра (фактически роль диффузора здесь играет фильтр), обдув потоком воды того же самого шарика УГ в чулке, а также очень популярный способ «перевёрнутого стакана» или, как его часто называют в среде русскоязычного аквариумного community, “реактор Зверева”. На самом деле, «перевёрнутый стакан» – более общий способ, а “реактор Зверева” – его конкретная реализация. Одной из модификации данного способа растворения, собственно, и посвящена настоящая статья, несмотря на несколько затянувшийся обзор более общих вопросов…

Исходная модель диффузора – одна из самых распространённых среди “самоделок” состояла из нижней половины ПЭВ бутылки (или другой аналогичной в функциональном плане ёмкости), закреплённой вверх дном к стенке внутри аквариума где-нибудь в толще воды, силиконовой трубки для подвода УГ и помпы (как вариант выхода фильтра). Принцип действия данного активного диффузора такой: в перевёрнутый «стакан» из баллона или брагогенератора по силиконовой трубке нагнетается СО2, он скапливается у вершины «стакана», и, не имея возможности уйти в атмосферу, постепенно растворяется в воде. Этому процессу значительно способствует поток воды от помпы, направленный на раздел сред вода/УГ. Данный вариант диффузора не лишён некоторых недостатков. По крайней мере, он не в полной мере реализует потенциал идеи этого способа растворения. Среди преимуществ стоит отметить относительную простоту исполнения, дешевизну, достаточно высокую эффективность растворения СО2. Впрочем, для эффективности растворения УГ необходима достаточно большая площадь его соприкосновения с водой, что вынуждает пользователей диффузоров данной конструкции применять либо ПЭВ бутылки с большой площадью дна, либо бутылки, разрезанные вдоль и расположенные в аквариуме вверх не дном, а оставшейся боковой стенкой. Таким образом, недостатками данной модели являются довольно большие планарные габариты, как правило, низкие декоративные качества, отсутствие возможности сброса балластных газов (об этом несколько подробнее см. ниже).
Для устранения указанных недостатков исходной модели были предприняты некоторые попытки её модернизации. Во-первых, с целью облегчения декорации предполагаемого пока диффузора его стоит «развернуть» т.е. планарные габариты заменить вертикальными или, проще выражаясь, сделать его вытянутым в вертикальном направлении, при этом уменьшив площадь его сечения (сечения горизонтальной плоскостью). Внимательный читатель сразу же заметит, что при этом также уменьшится площадь соприкосновения CO2 с водой, поскольку граница раздела сред вода/УГ по очевидным причинам как раз горизонтальная. Абсолютно верное замечание, поэтому, во-вторых, следует изменить место приложения потока воды от помпы так, чтобы эту площадь увеличить. Поскольку форма диффузора вытянутая в вертикальном направлении, то максимальную площадь контакта воды с УГ можно получить, если поток воды будет двигаться также в вертикальном направлении, пронизывая объём УГ насквозь или омывая его со всех сторон. По природе вещей газообразный СО2 стремиться занять верхнюю часть перевёрнутого «стакана», следовательно, в-третьих, вода должна двигаться сверху вниз (против движения УГ). Поскольку вода двигается сверху вниз, то запуск СО2 следует производить снизу «стакана», чтобы при движении вверх пузырёк поднимался против течения и частично растворялся уже до того, как достигнет вершины резервуара – это в-четвёртых. Вот, собственно, и все основные соображения, из которых исходил автор настоящей статьи при создании своего варианта диффузора.
На рисунке представлена фотография разработанного активного диффузора. Он имеет цельностеклянное исполнение. В соответствии с рассуждениями предыдущего абзаца вход 1 предназначен для подачи CO2, вход 2 – для прокачки водой, выход 3 – для отдачи обогащённой УГ воды в аквариум. Принцип работы данного устройства понятен из вышеописанного, не стоит на нём останавливаться подробно, ниже будет сказано несколько слов относительно этого. Выход 4, как нетрудно догадаться, служит для сброса балластных газов.