Скиммеры, флотаторы, пенники

В замкнутой системе аквариума, в особенности такого густонаселенного, как коралловый риф или емкость с большим количеством крупных активных рыб, со временем накапливается большое количество органики. Источником ее являются продукты жизнедеятельности обитателей аквариума (экскременты, слизистые выделения кожных покровов и др.), не съеденные остатки кормов, отмирающие и разлагающиеся части растений, погибшие животные. В результате гниения органических остатков сложные азотсодержащие соединения подвергаются минерализации, одним из продуктов которой является аммиак. Он хорошо растворим и взаимодействует с водой с образованием ионов аммония. Аммиак – очень токсичное соединение, которое даже в очень небольших концентрациях в воде вызывает отравление животных, а вот ионы аммония относительно безвредны. Равновесие между ионами аммония и аммиаком в водных растворах очень неустойчивое и может смещаться в ту или другую сторону в зависимости от параметров среды. Поэтому в аквариумной практике под аммонием понимается вся сумма ионов аммония и свободного аммиака. Одним из главных факторов, влияющих на это соотношение, является pH раствора. С повышением значения pH концентрация ядовитого аммиака повышается в разы и соответственно токсичность продуктов жизнедеятельности в аквариумной воде быстро увеличивается. В пресноводных аквариумах, где pH обычно находится на уровне 6,5-7,5, с проблемой переработки и нейтрализации продуктов азотного обмена обычно справляются системы химической и биологической фильтрации. Морская же вода имеет стабильное значение pH 8,2-8,3, и поэтому аммиак составляет значительно большую долю образующегося в результате метаболизма аммония и часто приводит к отравлению животных в аквариуме. В этой ситуации гораздо эффективнее и безопаснее не подвергать высокомолекулярные соединения переработке в системе аквариума, а удалять их еще до того, как вода будет подвержена биологической или химической фильтрации.

Сбор органических веществ, называемый пенным фракционированием, или пузырьковой очисткой, происходит в пеноотделительной колонке, или скиммере (от англ. to skim – снимать верхний слой, skimmer – шумовка). В этом устройстве, представляющем собой цилиндр, заполненный водой, поднимаются мельчайшие пузырьки воздуха, часто с добавлением озона. Эти пузырьки увлекают за собой частички органических взвесей, высокомолекулярные химические соединения, в первую очередь, белки, и в виде пены выводят их за пределы аквариума в отдельные емкости – пеносборники.

Принцип действия пеноотделителей довольно прост. Молекулы многих органических и неорганических соединений имеют части, обладающие разным сродством к воде. Гидрофильная, несущая заряд, часть притягивает полярные молекулы воды, гидрофобная же, электронейтральная часть молекулы, обладает водоотталкивающими свойствами. В результате такого неоднозначного взаимодействие эти молекулы предпочитают располагаться на границе раздела двух сред. В нашем частном случае это будет поверхностная пленка между водой и газом. Гидрофильные части молекул будут погружены в воду, а гидрофобные – будут стремиться покинуть эту среду и выйти в зону газа. Вещества, ведущие себя подобным образом, называются поверхностно-активными. К их числу относятся белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, отдельные структурные элементы всех этих важнейших для живых организмов соединений, а также многие другие органические и неорганические вещества, в том числе и соли тяжелых металлов. В замкнутом объеме пеноотделителя образуются миллионы мельчайших пузырьков, таким образом, создается огромная поверхность контакта между водой и воздухом, к которой притягиваются поверхностно-активные вещества. Важную роль играет размер пузырьков. Это связано с тем, что площадь контакта газа с водой многократно возрастает при распылении более мелких пузырьков. Для сравнения можно привести следующие цифры. Общая площадь поверхности пузырьков диаметром 1 мм, получающихся из 1 л воздуха составляет 6 м², а у пузырьков с диаметром 0,1 мм для того же исходного объема она окажется 60 м², т.е. в 10 раз больше. Очевидно, что мелкие пузырьки при равных введенных объемах воздуха, во-первых, появляются в значительно большем количестве, а, во-вторых, обладают существенно лучшей контактной возможностью. Другим важным фактором является время пребывания пузырьков в толще воды, понятно, что, чем дольше они находятся во взвешенном состоянии, тем эффективнее идет сбор загрязняющих веществ. Можно с уверенностью сказать, что из всех существующих методов химической очистки именно пеноотделитель действительно удаляет из воды большую часть органических соединений до того, как они подвергнутся разложению.

Попутно с этим из воды удаляются твердые частицы детрита, бактерии и фитопланктон. Дело в том, что при движении пузырька в толще воды в силу гидродинамических особенностей позади него образуется так называемая мертвая зона, где отсутствуют турбулентные завихрения, а давление воды несколько ниже, чем в окружающем пространстве. Естественно, сюда вовлекаются различные мелкие твердые частицы, взвешенные в толще воды. Следуя в фарватере пузырька, они вместе с пузырьком совершают все путешествие к поверхности. Этот процесс носит название флотации, так что теперь должно быть понятно, что все три названия, приведенные в заглавии статьи – по сути дела синонимы и обозначают одно и то же устройство.

Наконец, пузырьки всплывают, и на поверхности появляется маслянистая пена, которая подталкивается вверх давлением в пенной колонке и в результате переливается в емкость для отходов. Здесь пузырьки лопаются и остается жидкий остаток, который можно слить. Обычно он окрашен в различные оттенки коричневого цвета и имеет неприятный запах. Только когда выливаешь пеносборник, начинаешь реально понимать, сколько всякой дряни находилось в воде аквариума.

Положительная роль пеноотделителя, таким образом, заключается в способности снижать нагрузку на биофильтр, высвобождать кислород, используемый на окисление органики в биофильтре, поддерживать на должном уровне pH и повышать значение окислительно-восстановительного потенциала воды.

Принципиальная схема работы пеноотделителя заключается в следующем. В его камере можно выделить 4 рабочие зоны. Основной является контактная зона, где и происходит образование пены, в эту зону подается воздух и вода из аквариума. Над ней располагается зона транспорта пены в третью зону – собственно пеносборник. И наконец, четвертая зона – зона выхода очищенной воды – может располагаться как сверху, так и снизу пеноотделительной колонки. В контактной зоне нагнетаемая насосом или аэрлифтом аквариумная вода активно смешивается с мельчайшими пузырьками воздуха, очищается и затем либо возвращается обратно в аквариум, либо поступает в систему дальнейшей фильтрации.

Прямоточные и противоточные конструкции

Прямоточная колонка, устанавливаемая внутрь аквариума, представляет собой простейший вариант скиммера. В работу его приводит компрессор, подающий сжатый воздух в контактную камеру через распылитель, который помещается в нижней ее части. Мелкие пузырьки воздуха, поднимаясь вверх, увлекают за собой воду. Вода смешивается с воздухом и образует пену, которая направляется в пеносборник. Очищенная вода выбрасывается из колонки через отверстие в верхней части. Время контакта пузырьков с водой минимальны, поэтому данная конструкция является самой малоэффективной и подходит лишь для небольших и малозаселенных аквариумов.

Противоточная колонка представляет собой усовершенствованный вариант прямоточной конструкции. В ней при помощи системы аэрлифта организовано движение воды навстречу пузырькам, т.е. вода подается в верхнюю часть колонки, а выбрасывается снизу. Снижение скорости встречных потоков увеличивает продолжительность контакта аквариумной воды с пузырьками воздуха, что позволяет гораздо более эффективно осуществлять ее очистку. Существует и более продвинутый вариант пеноотделителей с противотоком. Его располагают уже вне аквариума. Вода здесь подается насосом в верхнюю часть цилиндра и смешивается с восходящим потоком мелких воздушных пузырьков из распылителя.

В описанных выше конструкциях используются распылители, аналогичные тем, что применяются для обычной аэрации и генерирующие пузырьки диаметром около 0,5 мм. Наилучшие пузырьки получаются из деревянных распылителей, которые изготавливают из липы. Они не требуют очень большого давления от компрессора и создают равномерный ток пузырьков в течение всего срока службы, который, однако, не слишком велик – не более 2 месяцев.

Пеноотделители с соплами Вентури

В более сложных и эффективных конструкциях используются устройства, засасывающие воздух под действием потока воды, создаваемого насосом. Срок работы такого генератора пены практически неограничен, и он не нуждается в обслуживании, что по сравнению с распылителями выглядит огромным преимуществом. В этих устройствах используется принцип трубки Вентури, знакомый автомобилистам по карбюратору. В трубке Вентури водный поток направляется через резкое сужение, заканчивающееся очень маленьким отверстием. Сужение в трубке приводит к появлению перепада давлений, и падение давления после сужения вызывает засасывание атмосферного воздуха через специальное отверстие в боковой стенке трубки. Формируется очень мелкая смесь воздуха и воды, которая подается в нижнюю часть пеноотделительной колонки. Для того, чтобы эта система начала работать, вода в нее должна подаваться под высоким давлением с помощью мощного насоса.

В заключение – несколько общих замечаний. Пеноотделительная колонка должна включатся сразу после запуска аквариума, в противном случае есть риск накопить в течение нескольких недель большое количество органических соединений, избавиться от которых в дальнейшем будет не так просто. Первым заметным признаком ухудшения качества воды является появление одноклеточных водорослей.

Следует иметь в виду, что помимо вредных продуктов обмена пеноотделительные колонки извлекают из воды массу полезных веществ, таких как необходимые кораллам аминокислоты, витамины и микроэлементы. Работа скиммера также существенно снижает эффективность применения некоторых лекарственных препаратов, поскольку входящие в их состав поверхностно-активные вещества легко удаляются. Поэтому в случае применения медикаментов пеноотделитель рекомендуется отключать на 12 часов после внесения каждой лечебной дозы.

Вместе с пеной из аквариума удаляется концентрированный раствор соли, тем самым снижается общий уровень солености. Неконтролируемый долив пресной воды взамен испарившейся может привести к существенному распреснению системы. Во избежание этого необходимо регулярно измерять плотность воды в аквариуме с помощью ареометра и добавлять по необходимости свежеприготовленную морскую воду.

© Евгений Яхонтов

Посмотреть ассортимент пеноотделителей и ознакомится с техническими характеристиками конкретных моделей можно в нашем Каталоге аквариумных товаров

© Аква Лого
Евгений Яхонтов