Протока в морском аквариуме

Идея организовать «протоку», а именно постоянную подмену воды старой на новую в морском аквариуме возникла давно. Есть технологические сложности: замешивание морской воды и ее хранение, либо дозирование соли каким-то сложным устройством в дистиллированную воду с постоянным контролем солености. Это все кажется очень сложным и не очень понятным, - а надо ли вообще. Чтобы разобраться в этом я перескажу, а местами процитирую статью Ренди Холмс-Фарли «Подмены воды в рифовом аквариуме» (Randy Holmes-Farley «Water Changes in Reef Aquaria») опубликованную в онлайн журнале Reefkeeping. Оригинал статьи можно прочитать, а лучше сказать «нужно прочитать» вот здесь.

Итак, что мы понимаем под подменой воды. Это процесс замены части «старой» воды из аквариума на «новую», свежеприготовленную воду. Предполагается, что «новая» вода приготовлена на основе либо дистиллята, либо осмолята и растворения в ней морской соли для аквариума проверенного производителя до солености 35 промилле. То есть, мы предполагаем, что в новой воде содержатся только те элементы, которые в нужных пропорциях необходимы морским животным, обитающим в аквариуме. Как часто делать подмены воды и какие объемы менять – это вопрос чуть ли не священной войны среди аквариумистов. Кое-кто вообще не подменивает воду. Кто-то меняет регулярно значительные объемы воды. Есть мнение, что можно просто добавлять в аквариум трейсы и удалять из воды нежелательные вещества с помощью сорбентов или иных методов экспорта.

Споры вокруг необходимости подмены воды базируются на сложности понимания таких понятий как:

1. Что содержится в морской воде аквариума,
2. Что содержится в «новой» морской воде для аквариума,
3. Какие концентрации тех или иных элементов оптимальны для различных обитателей аквариума.

В статье Ренди Холмс-Фарли доказывает, что можно достичь с помощью подмен воды, какие элементы возможно восполнить, а что можно удалить. В статье приведены графики, на примере которых можно наглядно увидеть, что происходит с концентрациями элементов в зависимости от частоты и объема подмен.

Есть мнение, что незначительные подмены воды бесполезны и, соответственно, частые маленькие подмены воды не принесут аквариуму пользы. Кроме того, многие аквариумисты убеждены, что «протока» - это неверное решение, так как при постоянной подмене часть «новой» воды, добавляемой в аквариум, сразу же сливается в канализацию.  В статье наглядно показано как различные режимы подмены воды (еженедельные, ежемесячные, ежедневные или «протока» различных объемов) влияют на качество аквариумной воды.

Итак, что происходит во время подмены воды и что мы хотим от этого получить?

1. Увеличить концентрацию «чего-то», чего стало в аквариумной воде меньше и чего в «новой» воде больше. (Кальций, Магний, Трейсы, например)
2. Уменьшить концентрацию «чего-то», что накопилось по ряду причин в аквариумной воде и концентрация чего в «новой» воде меньше. (Это конечно же нитраты и фосфаты, все остальное, что добавляется в конечном результате вместе с кормом, и органические продукты метаболизма животных, в том числе токсины).

Кое-что можно удалить из аквариумной воды с помощью других методов экспорта – сорбенты или водорослевик (скраббер или прочие методы экспорта на основе всякого рода бактерий аэробных и анаэробных). Подмены воды могут дополнить или же, может быть, полностью их заменить. С этим надо разобраться.

Я исхожу из того, что «новая» морская вода – чище и концентрации в ней макро и микроэлементов, необходимых аквариумным животным более благоприятны чем в «старой» аквариумной воде, в которой часть элементов израсходована и в нее добавлены продукты метаболизма животных и часть нежелательных химических элементов, которые могут попасть в воду с кормом или как-то иначе, например, по неосторожности аквариумиста. Вопросы «Живой» или «Мертвой» воды даже не стану рассматривать, так как считаю это полной ересью. Надеюсь, что апологетов концепции «Живой/Мертвой» воды не так много и их числом можно пренебречь. Без обид. Поэтому, мое мнение, что подмены воды – это благо для аквариума. Теперь осталось разобраться, сколько и как часто желательно подменивать воду, чтобы добиться улучшения качества воды в аквариуме, а именно, удаления того что ненужно и добавления того, что нужно.

Рассмотрим типичный режим подмены воды. Как правило подменивается некий объем воды разово с периодичностью раз в месяц или, скажем, в неделю. Конечно, есть вопрос выравнивания хотя бы температуры «новой» воды по отношению к температуре аквариума, если эта разовая подмена превышает объем 5-10% от объёма аквариумной воды, дабы избежать стресс животных. Однако, большинство аквариумистов, регулярно подменивающих воду в аквариуме придерживаются именно такой модели.

На рисунке 1 представлена модель того, как меняется концентрация некой субстанции в аквариумной воде (условно это - Нитрат, но также будет меняться концентрация и чего-либо другого) при условии того, что эта субстанция не добавляется в аквариум в течение года. То есть это - модель некоего идеального случая. Мы видим четыре графика – раз в месяц подменивается 0%, 7,5%, 15% и 30% объема аквариумной воды. Начальный уровень нитрата предполагается равным 100 промилле. Соответственно, при каждой подмене уровень нитрата разбавляется и уменьшается в соответствии с тем объемом новой воды, который подменивается.

Черная полоса – нет подмен, уровень нитрата неизменен 100 ppm.

Зеленый зигзаг – подмена 7,5% объема раз в 30 дней. Каждые 30 дней наблюдаем падение концентрации нитрата и через год уровень снижается со 100 до примерно 45 ppm.

И так далее.

Конечно, эта идеальная модель не имеет практического значения. Потому что, например, концентрация нитрата постоянно увеличивается, так как азот добавляется в аквариум в качестве корма для животных.

Теперь рассмотрим математическую модель того, что происходит в аквариуме при условиях, более приближенных к реальным. Предположим, что в аквариуме нитрат 0 ppm, он накапливается в аквариумной воде со скоростью 0,1 ppmв день. Это типичная скорость накопления нитрата в рифовом аквариуме.

Как видно из графика при подменах 30% один раз в месяц, нитрат постепенно повышается, но в течение года не вырастает больше 10 ppm. Меньшие объемы подмен раз в месяц не останавливают рост нитратов. Кроме того, мы видим что после подмены нитрат падает и потом постепенно растет до следующей подмены. То есть концентрации нитрата, как, впрочем, и всех других элементов скачкообразно меняются от подмены к подмене.

Теперь мы подошли к тому, чтобы рассмотреть модель того, как будет меняться состав воды, если объем подмениваемой воды будет тот же, но меняться она будет не единовременно раз в месяц, а чаще. Рассмотрим конкретный пример – аквариум 100 литров, задача – подмена 30% (30 литров) в месяц. Это можно сделать за один раз, можно сменить 15 литров в 2 недели, можно поменять 10 литров через каждые 10 дней или же 1 литр менять каждый день. Очевидно, что за месяц будет залито новой воды 30 литров, независимо от режима подмен. Можно раздробить подмены на еще более мелкие порции, меняя воду несколько раз в течение суток, практически превратив подмены в протоку.

Выше уже упоминалось, что некоторые аквариумисты считают такие подмены неразумными, так как каждая следующая подмена будет сливать и часть «новой» воды, только что добавленной. Это, строго говоря, верно, но количественное выражение этого процесса совсем невелико. Если подменить 10% воды три раза, во второй раз только 10% от первого объема добавленной воды в 10 литров сольется в канализацию. То есть от объема аквариума это будет 1%. Так что потери невелики. Вот математический расчет эффективности. Берем наш пример с 30% подмены воды в месяц. При разовой подмене 30% мы удаляем из аквариума 30% нитрата. Если мы разделим эти 30% на 6 пятипроцентных подмен по 5 литров каждая, мы получим 1-(0.95) в 6-ой степени = 26.5% удаляемого нитрата. А именно: 6 подмен в месяц по 5 литров каждая по эффективности равны подмене 26,5 литрам сделанной единовременно. То есть при такой дробной подмене мы действительно потеряли часть новой воды, но она не так велика – всего 3,5 литра в месяц из 30 литров новой воды. Если разделить подмены на еще более мелкие части, скажем по 1% 30 раз в месяц, то есть по 1 литру в день, получаем 1-(0.99) в 30 степени = 26.0% удаляемого нитрата. То есть эффективность в месяц не 30 процентов при подмене 30 литров за один раз, а 26% при подмене 1% объема ежедневно, что соответствует 30% подмены объема на протяжении месяца. Если рассчитать настоящую протоку для подмены 30 литров воды в месяц непрерывно в 100 литровом аквариуме, расчеты нам дадут эффективность 25.92%, по сравнению с эффективностью 30% при единовременной подмене воды. Казалось бы, единовременная подмена 30% воды в аквариуме более эффективна, чем смена воды с помощью протоки в течение месяца, однако, мы видим, что разница совсем невелика. При единовременной подмене в аквариуме остается 70% изначального нитрата, а при протоке через 30 дней остается 72-74% изначального нитрата.

Еще один график для наглядности процесса. Рисунок 3.

На нем наложены друг на друга две модели, первая – график представленный выше на рисунке 1, - это идеальный случай, когда нитрат не добавляется в аквариум в течение года – раз в месяц подменивается 0%, 7,5%, 15% и 30% объема аквариумной воды. Начальный уровень нитрата предполагается равным 100 промилле. Это зигзагообразные графики. На них наложены графики ежедневных подмен тех же месячных объемов – 0%, 7,5%, 15% и 30%.

Иными словами, подмены ежедневно 0%, 0,25%, 0,5% и 1% объема в день. Это ровные линии, практически не уступающие по эффективности разовым месячным подменам, однако не «дергающие» параметры воды. Не стоит забывать, что при подменах все параметры воды, а не только нитрат будут вести себя таким образом.

Для нас практический интерес представляет следующая модель, это ситуация похожая на то, что может быть в некоторых аквариумах. Начальный уровень нитрата (либо чего-то другого) 100 ppm, он продолжает добавляться в аквариум со скоростью 0,1 ppm в день и мы делаем подмены воды 0%, 7,5%, 15% и 30% в месяц. Зигзагообразные графики – это однократные подмены, а ровные линии – это ежедневные подмены тех же месячных объемов.

Как видно из графиков на протяжении года даже при небольших подменах 7,5% уровень нитратов снижается. Конечно, чем больше объем, тем сильнее снижается концентрация нитратов. Но совершенно очевидно из графика, что ежедневные подмены того же объема воды в месяц, что и разовая массированная подмена этого же объема дают практически идентичные результаты. Что принципиально важно. Это говорит о том, что протока для удаления какого-то нежелательного вещества из аквариума так же эффективна, как и разовые подмены. Исключение составляют аварийные ситуации, - попадание химии в аквариум или случайный передоз чего-нибудь. В этом случае только массированная разовая подмена, а еще лучше несколько массированных разовых подмен способны исправить ситуацию и спасти аквариум.

Лишний раз хочу подчеркнуть, что этот пример с нитратом носит обобщенный характер. Таким же образом будут вести себя и другие ионы, фосфат, металлы, попадающие в воду с едой, органические вещества и продукты метаболизма гидробионтов.

Первая часть статьи Ренди Холмса-Фарли посвящена удалению из воды аквариума чего-то с помощью подмен воды. Однако подмены выполняют еще и обратную функцию, а именно восполнение израсходованных элементов. Что-то усваивается животными, что-то вступает в реакции и выпадает в осадок. С помощью подмен можно компенсировать и эти процессы. Я напишу отдельную статью на эту тему, базируясь на этой же статье Ренди Холмса-Фарли, но, чтобы не делать данную статью слишком длинной и перегруженной информацией, а попросту говоря, не делать ее неудобоваримой, я скажу лишь, что так как многие элементы, в частности кальций и магний так интенсивно потребляются кораллами (если это быстрорастущий СПС и ЛПС риф), что лишь очень большие объемы подмен – 30-40% объема аквариума в день!!! Способны компенсировать этот расход. Конечно такое расточительство неразумно, и лишь очень небольшие коралловые сады имеет смысл содержать с помощью подмен новой водой. А так необходимо компенсировать расход элементов с помощью баллинга или калькреактора.

Теперь от теории переходим к практике. Как же можно реализовать протоку в морском аквариуме, а точнее как я организовал ее в своих 2-х аквариумах.

Как видно из статьи Ренди Холмса-Фарли, оптимальным минимумом будет смена 1% воды объема аквариума в сутки. Чтобы организовать такую подмену удобно воспользоваться перестальтическими помпами. Можно взять вот такую двойную программируемую помпу

Одну головку программируем на слив, а вторую на залив. Объем заливаемой воды нужно выставить чуть больше сливаемого объема. Соленость новой воды готовим с чуть заниженной плотностью. Это нужно сделать для того, чтобы в эти подмены «Протока» компенсировала еще и испарение пресной воды из аквариума. Общий объем подмениваемой воды рассчитываем так, чтобы за несколько циклов в течение суток подменился 1% объема аквариума.

Или можно купить две отдельные программируемые перистальтические помпы, например, вот такие.

У меня большой аквариум - дисплей 2000 литров (это по внешним размерам) + сампы 1000 литров, то есть грубо объем этой системы составляет 3000 литров. И маленький аквариум - это REDSea Мах 130 (был куплен довольно давно в Аква Лого :) ), его объем 130 литров. Для организации протоки в системе я использую специальную микропроцессорную дозирующую помпу. Одно из преимуществ этой помпы состоит в том, что она с реверсом. То есть используя нехитрую комбинацию из обратных клапанов, легко организовать слив и залив одной помпой. Внизу принципиальная схема как это реализуется. Когда помпа вертится в одну сторону, один обратный клапан пропускает воду в трубку, а второй на второй трубке запирается и наоборот. Всего пара обратных клапанов и умная помпа с реверсом позволяют сделать «протоку» в морском аквариуме.

Она программируется очень просто: выставляется время работы помпы, например, 3 минуты, время ожидания, например 60 минут и 2 скорости работы помпы, например 6000 мл и 6500 мл. И еще необходимо поставить точку перед первым циклом в 6000 мл. Это для реверса, то есть помпа первый цикл будет крутиться в обратную сторону, откачивая воду из аквариума. Вот и все. При таком раскладе помпа работает так 3 минуты она откачивает воду со скоростью 6 литров в час, то есть она за 3 минуты сольет из аквариума 6000/60*3=300 мл потом помпа минутку отдыхает и снова включается на 3 минуты, но уже в другую сторону – заливая новую воду. А зальет она 6500/60*3=325 мл новой воды. Потом помпа отдыхает 60 минут и снова повторяется цикл. Чтобы сосчитать, сколько воды подменится в сутки –надо произвести нехитрое вычисление – 60+3+1+3= 67 минут цикл. В сутках – 24 часа – это 1440 минут. 1440 минут делим на 67 минут и получаем выходит 21,4 цикла по 67 минут. Округляем до 21 цикла. Итого за сутки нальется новой воды 325 мл*21=6825 мл. То-есть 6,8 литров. Если у вас аквариум 100 литров, за одни сутки сменится 6,8% воды. За неделю подмены составят 47,6%, практически половина объема. Чтобы их было не 6,8%, а 1% нужно что-то подправить. Можно уменьшить скорость прокачки, можно сделать время прокачки меньше, можно сделать интервалы между подменами больше, а на самом деле оптимально подправить все 3 параметра и добиться нужного результата. Главное определиться, сколько для вашей системы оптимально – может быть и 10% в сутки понравится вашему аквариуму, и, если объем системы невелик, затраты на соль будут не заоблачными.

Какие могут быть нюансы. Если у вас небольшой аквариум, скажем объемом до 100 литров, лучше делать побольше циклов, то есть интервал между циклами выставлять 30 минут и подгонять остальные настройки под эту величину. Тогда каждые 30 минут будет подмениваться по чуть-чуть, что значительно лучше и незаметно для аквариума и его уровня, особенно если есть автодолив. Кстати, если есть автодолив, лучше сделать режим реверса на вторую часть цикла. То есть сначала новая вода дольется, а потом, перемешавшись со старой, из аквариума сольется соответствующая порция старой воды. Опять же, если есть автодолив, вероятно, плотность новой воды нужно делать такую же, как и в аквариуме. Так как за компенсацию испарения отвечает автодолив.  Если у вас в аквариуме есть аварийный перелив в канализацию, организация протоки упрощается. Нужно только организовать регулярный долив новой воды, а излишки сами сольются в дренаж.

В заключении маленький клип как работают помпы у меня. Левая только доливает воду в большую систему, а правая сливает и доливает.

© Аква Лого
Лев Миронов

Оставить свой комментарий:

	Ваше имя *
	Контактный e-mail (не будет показан)
	Комментарий *
	Дважды два равно? впишите ответ цифрой!
Нажимая кнопку "Оставить комментарий", я подтверждаю свою дееспособность и даю согласие на обработку моих персональных данных в соответствии с информацией о конфиденциальности данных.

Поля, отмеченные знаком *, обязательны для заполнения.

Комментарии к статье