Loading...Artykuł ten zawiera informacje na temat biologicznych podstaw działania, budowy oraz uruchamiania denitratora. Urządzenie to znajduje zastosowanie nie tylko w zbiornikach słonowodnych, lecz również słodkowodnych.
Denitrator co to jest?
Denitrator jest urządzeniem, służącym do usuwania azotanów NO3-. Umożliwia więc utrzymywanie stałego, niskiego stężenia jonu NO3-, co redukuje konieczność częstej wymiany wody. Doskonałym rozwiązaniem jest zastosowanie żywych roślin, jako bio-denitratora, jednakże nie zawsze będzie to wystarczająco wydajne. Dlatego w przypadku hodowli niektórych ryb, które niszczą rośliny, denitrator może okazać się nieodzowny.
Czy warto?
Jony azotanowe (NO3-) wykazują niewielką toksyczność, ale przy przekroczeniu stężenia ok. 50 mg/l (ppm) mogą wpływać negatywnie, na prawidłowy wzrost i rozwój ryb. Ponadto są częstą, choć nie jedyną przyczyną nadmiernego rozwoju glonów.
Zasada działania
W każdym zbiorniku znajdują się bakterie zaliczane do względnych lub bezwzględnych beztlenowców.
Organizmy te zdolne są do prawidłowego rozwoju jedynie w warunkach obniżonej zawartości tlenu w wodzie. Tzw. bakterie azotowe, zaliczane właśnie do tej grupy, mają osobliwą zdolność redukcji azotanów do azotu cząsteczkowego w myśl równania:
2 NO3- + 8 H+ 10 e- = N2 + H20
Energia uzyskiwana w tej reakcji wykorzystywana jest do produkcji substancji organicznych oraz do zapewnienia podstawowej przemiany materii. W trakcie wzrostu masy organizmów, przy założeniu, że źródłem węgla dla bakterii jest metanol, zależność tą można przedstawić za pomocą równania:
NO3- + 1.08 Ch2OH + 0.24 H2CO3 = 0.056 C5H7NO2 + 0.47 N2 + 1.68 H2O + 0.056 HCO3- (1)
(C5H7NO2 – uproszczony wzór biomasy bakterii)
Azot rozpuszcza się w wodzie, ale jego stężenie będzie wprost proporcjonalne do ciśnienia parcjalnego azotu nad cieczą. Przekroczenie tego stężenia, np. w wyniku działania denitratora, spowoduje ucieczkę gazu z wody i powrót do stanu równowagi.
Po pominięciu syntezy biomasy (czyli gdy cała energia jest wykorzystywana na podstawową przemianę materii) otrzymujemy:
NO3- + 0.833 Ch2OH + 0.167 H2CO3 = 0.5 N2 + 1.33 H2O + HCO3- (2)
Zastosowanie metanolu, jako pożywki dla bakterii jest kłopotliwe, a poza tym, jak pokazuje doświadczenie, zupełnie zbyteczne.
Alternatywą może być glukoza, sacharoza, fruktoza i dowolny inny cukier, łatwo przyswajalny przez bakterie.
W typowych akwariach, stężenie związków organicznych, które mogą pełnić rolę substratu dla wzrostu i funkcjonowania bakterii, jest wystarczające i żadne dodatkowe nawożenie, nie jest konieczne.
Na rynku dostępne są preparaty, zawierające mieszaniny cukrów prostych (np. firmy Sera), które mogą służyć do przyspieszania wzrostu populacji bakterii, w trakcie uruchamiania denitratora, jednakże znacznie taniej jest wykorzystać zwykły cukier skrobiowy. Ponadto, kolonie bakterii powinny się również rozwinąć, bez jakiejkolwiek pomocy, ze strony akwarysty, jeżeli tylko zostanie obniżona zawartość tlenu w wodzie. Stan taki można osiągnąć w bardzo prosty sposób. Konstrukcja denitratora, umożliwia rozwój również tlenowcom. Organizmy te wymagają tlenu do prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych, a więc powodują jego zużycie.
Zachodzi reakcja:
(Nh2+ ) + 1.83 O2 + 1.98 HCO3- = 0.021 C5H7NO2 + 1.041 H2O + 0.98 (NO3-) + 1.88 H2CO3 (3),
(równanie 1,2 i 3 – na podstawie książki:
Water Chemistry in Closed System Aquariums
Alfred J. Gianascol, 1987 – cytat z postu George’a Booth , Mon, 3 May 1993 ).
Substratem jest amoniak, który zostaje utleniony do azotanów, przez stadium pośrednie (azotyny), nie uwzględnione w równaniu.
Denitrator więc pełni również funkcję zwykłego filtra biologicznego.
Budowa
Aby denitrator działał skutecznie, należy przyjąć taką konstrukcję, która zapewni dostatecznie wolny przepływ przy odpowiednio rozległej powierzchni.
Tylko w takim przypadku uda się stworzyć w części urządzenia warunki dogodne dla rozwoju bakterii azotowych.
Istnieje wiele drogich rozwiązań komercyjnych. Najpopularniejsze są 2 typy:
- Miejsce dla rozwoju bakterii stanowią tzw. bioballe – kulki wykonane z tworzywa sztucznego o znacznie rozwiniętej powierzchni, zamknięte w szczelnym pojemniku.
- Tzw. denitrator rurowy – miejsce dla rozwoju bakterii stanowi wewnętrzna powierzchnia węża np. wykonanego z tworzywa sztucznego, o odpowiedniej długości i średnicy.
Oczywiście rozwiązanie 2 jest o wiele łatwiejsze w realizacji.
Urządzenie więc będzie zbudowane z :
- Wlotu – części umożliwiającej podłączenie węża do dowolnej pompy lub filtra.
- Węża.
- Zaworu regulującego przepływ.
- Wylotu.
- Obudowy.
Wlot
W zależności od wyposażenia akwarium, możemy wyrórnić cztery przypadki:
- W akwarium znajduje się filtr wewnętrzny.
W celu uzyskania przepływu przez denitrator, należy umieścić koniec węża w wylocie filtra. Przepływ konieczny dla prawidłowego funkcjonowania denitratora, jest wielokrotnie mniejszy, od wydajności filtrów stosowanych w akwarystyce, dlatego należy zadbać o to, by jedynie część strumienia wylotowego filtra trafiała do wlotu denitratora. Wykorzystać można kawałek szklanej rurki, który odpowiednio wygięty, może stanowić doskonały wlot dla denitratora. Rozwiązaniem sprawdzonym, w przypadku filtra Hydor RII10, jest rurka szklana o długości około 10 cm, zagięta na odcinku ok. 3 cm pod kątem ostrym. Krótsze ramie należy umieścić w wylocie filtra, dłuższe umocować przylepcem do szyby i podłączyć do węża. - W akwarium znajduje się filtr zewnętrzny kanistrowy.
W przebiegu węża wylotowego należy założyć rozgałęźnik (np. szklany), który spowoduje przepływ części przefiltrowanej wody przez denitrator. Rozgałęźnik taki można zamówić w sklepie sprzedającym szkło laboratoryjne. W przypadku filtra Fluval 103-403 i innych, wystarczy wykonać niewielki otwór w igielitowym fragmencie łączącym części deszczowni, po czym umieścić w nim kawałek szklanej rurki, na który został założony wąż denitratora. Oczywiście tak wykonany trójnik, będzie nieszczelny, dlatego powinien się znajdować wewnątrz akwarium. - W akwarium znajduje się filtr napędzany powietrzem.
Aby denitrator mógł funkcjonować, przez wąż musi przepływać woda. Jeżeli wlot denitratora zostanie podłączony do tego typu filtra, do urządzenia dostanie się powietrze, co uniemożliwi rozwój beztlenowców. Należy zatem zastosować inny rodzaj filtra, lub wykorzystać specjalną pompę. - W akwarium znajduje się inny filtr.
Należy wykorzystać własną inwencję twórczą, lub zastosować specjalną pompę.
Wąż
Średnica.
Jeżeli zastosuje się wąż o średnicy zbyt małej, denitrator szybko ulegnie zapchaniu, natomiast zbyt gruby powiększy wymiary urządzenia.
Rozwiązaniem sprawdzonym jest przyjęcie średnicy 6 mm (średnica wewnętrzna).
Długość
Należy dobrać długość odpowiednią do długości akwarium.
Obliczenia:
Trochę teorii
Jeżeli przyjmiemy, że:
- C – stężenie azotanów jakie uzyskamy, po ostatecznie długim użytkowaniu denitratora [mg/l],
- A – szybkość produkcji azotanów w akwarium [mg/l/h],
- G – rzeczywista objętość wody w akwarium [l],
- F – wydajność denitratora, czyli szybkość przepływu wody przez denitrator [l/h],
oraz, że przepływ jest dostatecznie wolny, tak że w strumieniu wylotowym, stężenie azotanów dąży do zera, otrzymamy:
szybkość produkcji azotanów = szybkość usuwania azotanów (stan równowagi)
czyli
A * G = C * F [1]
a stąd
A * G / F = C [2]
Produkcję azotanów łatwo ustalić dokonując dwukrotnie pomiaru stężenia NO3- w odpowiednio długim odstępie czasu, podczas którego woda nie będzie wymieniana (np. tydzień).
Np. jeżeli stężenie wyjściowe wynosi 20 mg/l a po tygodniu 30 mg/l, produkcja azotanów wynosi:
A= 10 mg/l/tydzień
Według doświadczeń autora, z powierzchni użytkowej denitratora wynoszącej ok. 0.47m2 można uzyskać przepływ ok. 30 ml/min (F=1.8 l/h), przy stężeniu azotanów na poziomie ok. 10 mg/l (równanie 4).
Znając wewnętrzną średnicę węża i dysponując powyższymi danymi, można łatwo oszacować konieczną długość węża:
- H – długość
- S – powierzchnia wewnętrzna węża
- pi – liczba pi
- d – średnica wewnętrzna węża
S= pi * d * H [3]
F/S= const (1.8 l/h /0.47 m2) [4]
Z równania 4 otrzymujemy:
S=F/const [5]
Z równania 5 i 2 :
H=AG/(C*const*pi*d) [6]
Np. dla zbiornika o pojemności 150l (120 l wody), wąż o średnicy 0.006m (6mm), przy produkcji azotanów 10mg/l/tydzień, przy finalnym stężeniu azotanów 10mg/l powinien mieć długość:
- A=10mg/l/tydzień
- Const=1.8 l/h/0.47m2 = 643 l/tydzien/m2
- G=120 l
- d=0.006 m
H= 9.9 m
Zawór
Zastosowanie zaworu na wylocie nie spełnia swojego zadania, ponieważ po ok. 2 miesiącach ulegnie on zapchaniu. Zwykły zacisk na wąż założony w pobliżu wlotu denitratora, funkcjonuje znacznie lepiej, ponieważ na krótkim odcinku, nie wytworzy się szybko osad, który zaklinuje zawężone światło.
Wylot
Umieszczenie wylotu denitratora nad powierzchnią wody pozwoli z łatwością kontrolować szybkość działania urządzenia. Wystarczy wsadzić w wylot węża kawałek szklanej rurki, odpowiednio wygiętej i przymocowanej do obudowy akwarium np. przylepcem, tak by wylot znajdował się w miejscu umożliwiającym obserwacje. Niestety przy większych przepływach, liczenie kropli, w celu oceny szybkości działania urządzenia, staje się niemożliwe. Można wtedy wykorzystać dowolne naczynie o znanej pojemności oraz stoper.
Obudowa
Wąż można nawinąć na dowolny okrągły przedmiot (np. na wycięty kawałek butelki po wodzie mineralnej), uważając przy tym, by nie zmniejszyć światła rurki, przez ostre zgięcie itp. Celowe wydaje się również zastosowanie zewnętrznej obudowy, co powinno zahamować rozwój glonów w wężu i tym samym przedłużyć żywotność urządzenia. Z tych samych przyczyn warto się również zastanowić nad zastosowaniem nieprzejrzystego węża.
Uruchamianie
Po zainstalowaniu denitratora i sprawdzenia możliwości regulacji przepływu, we wlocie należy umieścić kilka kryształków cukru, przepuścić przez urządzenie niewielką ilość wody, a następnie zamknąć zupełnie przepływ na ok. 2-3 dni.
Postępowanie to ma na celu wytworzenie warunków beztlenowych, co przyśpiesza kolonizację denitratora przez bakterie azotowe.
Po kilku dniach należy uruchomić denitrator, ustawiając dość wolny przepływ – np. 1 ml/min. Jeżeli dokonamy pomiarów zawartości NO2- i NO3- w strumieniu wylotowym, to wartości te będą wyższe niż w akwarium (stężenie NO2- w prawidłowo filtrowanym akwarium dąży do 0 mg/l). Oczywiście jest to prawidłowe, jeżeli przypomnimy sobie zasadę działania urządzenia. Ponieważ przepływ przez denitrator jest bardzo mały (w tej fazie), powstający NO2- w żaden sposób nie może zaszkodzić rybom, gdyż stężenie azotynów w akwarium nie podniesie się w dostrzegalny sposób.
Po pewnym czasie należy ponownie określić zawartość azotanów i azotynów.
Ponadto większość testów na azotany opiera się na reakcji barwnej, w której dokonuje się pomiaru zarówno zawartości jonów NO3- i NO2-. Jony NO3- redukowane są najpierw do NO2-, które dają z odczynnikami zmianę barwy roztworu. W akwarium stężenie azotanów jest wielokrotnie wyższe, niż azotynów, więc wynik nie jest obarczony istotnym błędem.
Również w czasie uruchamiania denitratora, nie ma to większego znaczenia, ponieważ przepływ należy tak regulować, by na wylocie urządzenia zawartość azotanów i azotynów wynosiła 0 mg/l.
Gdy już osiągnie się takie stężenie, można zwiększyć przepływ np. o 30% i znów po pewnym czasie dokonać pomiaru na wylocie.
Po ok. 2-3 tygodniach można w ten sposób uzyskać pełny przepływ.
(Wartość Const, użyta do obliczania długości węża, zależy od zawartości azotanów w akwarium; przy niższym wyjściowym stężeniu NO3- można uzyskać większy przepływ z jednostki powierzchni wewnętrznej węża)
W przypadku znacznego zmniejszenia przepływu w wylotowym strumieniu może pojawić się H2S – siarkowodór (zapach zgniłych jaj), jednakże nie powinno być to groźne, ponieważ jego produkcja jest powolna, oraz ograniczona dostępnością związków siarki w wodzie. Nawet kilkudniowa znaczna redukcja przepływu w zbiorniku doświadczalnym nie spowodowała żadnych uchwytnych zmian w zachowaniu czy płodności ryb.
Wskazówki praktyczne
- Wąż nie powinien mieć wewnętrznej średnicy mniejszej niż 5 mm, gdyż się szybko zapcha.
- Od czasu do czasu należy zwiększyć maksymalnie przepływ, by wypłukać zanieczyszczenia z węża. Bakterie wbrew pozorom, okazują się dosyć odporne, na tego typu zabiegi.
- Proponowane docelowe stężenie azotanów w akwarium wynosi ok. 3-5 mg/l.
- Aby zmierzyć przepływ, wystarczy wykorzystać stopioną na końcu strzykawkę 5ml i stoper.
- Jedna kropla to ok. 1/20 ml (gdy średnica dzióbka wynosi 3mm).
Opracowanie
Michał J.
Linki
- Don Carner’s DIY Coil Denitrator – Hawaiian Quality Fish
- Denitrator Plans
- Archiwum grupy dyskusyjnej pl.rec.akwarium – wątek 'Denitrator – koniec wymiany wody?’
- www.thekrib.com – more denitrator.html
Autor nie ponosi winy, za ewentualne straty, wynikłe z użytkowania denitratora.
Liczba wyświetleń: 137
nie dzialaja obliczenia