Для чего нужен углекислый газ в аквариуме

[Vikari]

Из статьи моего друга-аквариумиста со стажем!


co2 в аквариуме с растениями

Для хорошего роста растениям нужны четыре вещи:
- свет достаточной интенсивности, подходящего спектрального состава и длительности
- постоянная подача CO2
- питательные вещества и микроэлементы
- грунт с нужными свойствами.
o Каждый аквариумист должен понять - растения состоят из углерода [C] на 40-50% (сухого веса), а в аквариуме без подачи CO2 его количество настолько мало, что им просто негде взять основной строительный материал для своих клеток.
Растения используя световую энергию, кислород, углерод и водород осуществляют фотосинтез.
С помощью фотосинтеза углеводы, например глюкоза, получается из двуокиси углерода CO2 по реакции:
CO2 + 6 H2O + 674.000 кал ---> C6H12O6 + 6H2O
или CO2 + 2H2O --> [CH2O] + O2 + H2O
Как видно это невозможно без достаточного количества CO2.
По этой формуле также видно, что процесс фотосинтеза растений требует определенного уровня энергии света (~674,000 кал). Если свет недостаточно яркий, фотосинтез происходить не будет. При уровне освещенности близком к оптимальному, фотосинтез будет происходить все быстрее и быстрее.

Почему именно co2 ?
Растениям углерод доступен в двух формах: газообразной в виде оксида углерода [CO2], и растворенной в воде как бикарбонат [HCO3-]. Растения предпочитают потреблять CO2 не из бикарбоната, а как чистый CO2 без больших энергетических затрат, кроме того многие растения не могут напрямую утилизировать бикарбонат для фотосинтеза. Растворенный в воде оксид углерода (CO2 - углекислый газ) дает растениям самый лучший и наиболее легко ассимилируемый источник углерода.

co2 и кислород
Вопреки распространенному заблуждению, углекислый газ не вытесняет из воды кислород и не ограничивает его доступность для дыхания рыб - они успешно сосуществуют. Наоборот - благодаря хорошему росту растений концентрация кислорода днем, когда растения активно фотосинтезируют, достигает 11 мг/л, что намного выше 100% границы насыщения при температуре воды 24С, и к утру падает только до 8,0 мг/л. Для нормальной жизнедеятельности рыб достаточна концентрация растворенного кислорода в воде 5 мг/л (насыщение 60%).

Баланс света и co2
Интенсивность освещения и подача CO2 должны соответствовать друг другу.
Слишком много света без соответствующей подачи CO2 приносит растениям только вред. Для фотосинтеза растений не всегда нужно очень много CO2, что видно из формулы фотосинтеза: 6 CO2 + 12 H2O --> C6H12O6 + 6 H2O. При этом растения могут выделять кислород (активно фотосинтезировать) даже БЕЗ поступления питательных веществ! Это не может продолжаться долго. Растения становятся все более слабыми несмотря на активный фотосинтез. При этом потребление ими фосфатов и азота из воды уменьшается, а этим сразу воспользуются водоросли.
Если много света но недостаточно CO2, растения не будут активно расти и появятся водоросли. Вносимые жидкие удобрения еще больше усугубят проблему. С другой стороны если недостаточно света, а CO2 подается много, растения не потребляют CO2 и его концентрация может превысить допустимый предел став токсичной для рыб и беспозвоночных (>30мг/л). Некоторые растения более светолюбивые чем другие, например длинностебельные с очень тонкими листьями. Требуя больше света они, соответственно, требуют и большей подачи CO2 !Нет сложных и простых растений, просто есть светолюбивые и тенелюбивые - кроме разного необходимого количества света и CO2 они ничем не отличаются. Следует с самого начала создания определить мощность флуоресцентных ламп (от 0,5 до 1 ватт/литр) и подачу CO2, чтобы в последующем эти факторы не уменьшали рост растений - будет проще определение их потребности в других питательных веществах.

Сколько подавать co2
Как сделать pH и насыщение воды CO2 идеальными для растений? Сделать в аквариуме KH=min.4 градуса, и отрегулировать подачу CO2 так, чтобы pH установился на уровне 6,8 утром и 7,2 вечером - в результате средняя концентрация CO2 будет ~15-30мг/л.
pH и KH это то что каждому, кто держит аквариум с растениями абсолютно необходимо понимать. Это два взаимосвязанных понятия.
pH это мера кислотности воды (acidity). Ее определяет негативный логарифм количества гидроксидных ионов (H+) в воде - чем их больше, тем ниже pH. pH реакция воды может быть кислой (мене 7,0), нейтральной (pH=7,0) или щелочной (pH>7.0).
Карбонатная жесткость kН это мера щелочности воды. KH указывает на способность удерживать pH на определенном уровне, то есть является показателем буферных свойств воды. Она постоянно изменяется, поэтому ее называют временной жесткостью. Значение KH это количество бикарбонатов [HCO3-] в воде, которые нейтрализуют действие постоянно образующихся в аквариуме кислот, например нитратов, понижающих pH, удерживая тем самым pH от понижения. Соответственно чем больше бикарбонатов [HCO3-] в воде (путем подачи CO2), тем ниже уровень pH.

«Золотое правило» .
Объем аквариума в литрах x °dKH : 50 = количество пузырьков в минуту.
Например: аквариум 200 литров, карбонатная жесткость 5°dKH. Это даёт: 200 x 5 : 50 = 20 пузырьков в минуту.

или

Правила расчета количества пузырьков: начинайте от десяти пузырьков в минуту на сто литров аквариумной воды, к примеру, 2*10=20 пузырьков в минуту на 200 литров воды.

co2 понижает pH
При подаче CO2 в аквариум в воде образуются небольшие количества угольной кислоты [H2CO3] (0.1-0.2%), она диссоциируется на ион [H+] и бикарбонат [HCO3-] (основа KH), концентрация ионов H+ увеличивается, понижая рН - значит подавая СО2 мы можем понижать рН в аквариуме одновременно давая важнейший питательный элемент для роста растений - углерод [C].
С понижением pH в воде увеличивается доля углерода в форме CO2.
Так как на значение pH влияет карбонатный буфер KH и концентрация CO2 в воде, то взаимосвязь {pH <-> KH <-> растворенный CO2} является жесткой. В связи с тем что pH в основном определяется наличием карбонатного буфера KH, количество подаваемого CO2 зависит от того, кокой нам нужен уровень pH в аквариуме с растениями. То есть в тройке {pH - KH - CO2} pH и KH являются заданными величинами, а подача CO2 будет регулироваться для обеспечения одновременно оптимального уровня pH=6.8-7.2 и концентрации углекислого газа в воде. Для получения оптимальной концентрации CO2=15-30мг/л и pH=6.8-7.2 вода должна быть с исходным KH=2-8, что соответствует воде с общей жесткостью dGH=4-10.

Подача CO2 методом брожения
Когда мы начинаем увлекаться аквариумом с растениями первая проблема с которой приходится сталкиваться - как сделать подачу CO2, ведь без нее использование жидких удобрений и усиление освещенности не имеет ни малейшего смысла! Стоит ли вообще покупать баллонную систему подачи CO2? Нас волнует вопрос - а вдруг ничего не получится?
Все аквариумисты хотят сначала попробовать какой эффект даст подача CO2 в аквариум с растениями. Здесь поможет только подача углекислого газа методом брожения. Попробовав этот метод и воспользовавшись рекомендациями этой статьи, вы наверняка, как и я в большинстве случаев, вообще откажетесь от использования баллонной системы. Используйте метод брожения чтобы испытать НАСКОЛЬКО эффективна подача CO2 в аквариум перед покупкой дорогостоящей баллонной системы подачи углекислого газа или вместо нее.
Уже в начале 60-х в Европе любители растений использовали хлебные дрожжи и сахар для дешевого производства CO2 как побочного продукта ферментации дрожжей в герметичной ёмкости - "бродилке".
В процессе ферментации дрожжи потребляют сахар выделяя чистый Углекислый газ [CO2] и спирт [2C2H5OH]: C6H12O6 + дрожжи = 2C2H5OH + 2CO2.
В ёмкость подходящего размера заливается раствор сахара с хлебными дрожжами. В процессе брожения образуется чистый CO2, который при помощи реактора растворяется в воде. Полученный углекислый газ поступает в реактор установленный в аквариуме. Это может быть реактор типа колокол представляющий собой нечто вроде перевернутого стаканчика или помпа-диффузор. В колоколе CO2 контактирует с поверхностью воды, и за счёт диффузии растворяется в воде. Чтобы обеспечить требуемую концентрацию CO2 в воде от 15 до 30 мг/л реактор должен иметь расчётную площадь контакта газа с водой. Регулировки и контроля не потребуется. Этот метод подачи углекислого газа в сочетании с снесением микро- и макроэлементов с хорошим светом позволяет вырастить в аквариуме до 120см (350л) настоящие джунгли. Подача CO2 - от 1.5л емкости.
Одной закваски хватает на 3-4 недели. Стоимость такого комплекта невелика. К тому же не надо будет ездить заправлять баллоны: все что нужно - всегда под рукой.
Изготовление бродилки.

Изготовление реактора типа "колокол".
Основную часть реактора можно сделать из прозрачных жестких емкостей для сыпучих продуктов или поилок для птиц подходящего размера, емкости для сливочного масла и т.п. Установите реактор так, чтобы верхняя трубка была выше уровня воды в аквариуме на 2см.
Иглу в реакторе можно и не делать, заменив ее внешним счетчиком пузырьков, но это не так удобно - для контроля подачи CO2 приходится заглядывать сбоку аквариума. Простейший счетчик пузырьков легко сделать из одноразового шприца на 5мл вставив в него обратный клапан для компрессора.
Расчет площади реактора типа колокол.

Формула Паффрата.

Еще в 1978 году в немецком журнале по аквариумистике DATZ была опубликована статья Паффрата (Paffrath) о подаче CO2 методом брожения и расчете площади реактора типа колокол. Вот эта таблица.

Площадь реактора типа "колокол" на 100л воды
по Паффрату (Paffrath) .
KH воды площадь реактора, кв.см.

11 50
12 70
13 90
14 110
15 130
16 150
до 10kH 30 кв. см

То есть, при kH<=10 площадь контакта газа с водой должна быть 30 кв.см. на каждые 100л объёма аквариума по наружным габаритам. Если кН выше 10, то на каждый градус добавляют 20 кв.см контактной поверхности на каждые 100л объема. Это даст концентрацию СO2=10-20мг/л без опасности передозировки, а pH всегда будет в оптимальных пределах 6,8-7,2.

Я воспользовался статьей своего товарища!
Думаю, он не будет возражать против использования его материалов!