Озон і рифовий акваріум, частина 2: обладнання та безпека
Озонова зона часто використовується акваріумістами для “очищення” води. Для більшості акваріумістів це означає зробити воду прозорішою, і в багатьох випадках це, безумовно, відбувається. Однак, як оптимально виконати це завдання без ризику для здоров’я мешканців акваріума або самого акваріуміста, не завжди очевидно. Ця стаття є другою в серії статей, в яких ми детально розглянемо озон та його використання в рифових акваріумах:
Озон і рифовий акваріум, частина 1: Хімія та біохімія озону в рифовому акваріумі, частина 2: Обладнання та безпека озону в рифовому акваріумі, частина 3: Зміни в рифовому акваріумі після введення озону.
У першій статті цієї серії ми детально розповіли про те, що таке озон і як він реагує з морською водою. Вона також пов’язувала передбачувані переваги озону з реальними хімічними та біохімічними змінами, які він може спричинити. У певному сенсі вона забезпечила механістичну основу для розуміння того, чому озон робить те, що він робить, і допомогла акваріумістам зрозуміти його обмеження.
Ця друга стаття ґрунтується на цих принципах, використовуючи механістичну інформацію про реакції озону, щоб обговорити, як його найкраще використовувати в інженерному сенсі.
Розділи такі:
Вступ
Потік повітря
Осушення повітря
Зворотний клапан потоку повітря
Генератори озону: Теорія електричного розряду
Генератори озону: Ультрафіолетова теорія
Генератори озону: Практичні відомості
Озонові реакційні камери: Скімери
Озонові реакційні камери: Комерційні реактори та виготовлення своїми руками
Озонова реакційна камера: Трубчастий реактор
Озонова реакційна камера: Відповідні матеріали
Безпека озону для людини: Історія питання
Безпека озону для людини: ГДК для повітряних викидів
Безпека озону для акваріума: ГДК для водних стоків
Безпека озону для акваріума: Моніторинг та контроль ОВП
Резюме
Посилання
На рисунку 1 показано схему того, як озон зазвичай використовується в рифовому акваріумі. Деякі з цих етапів можуть бути виключені в окремих випадках, але акваріумісти повинні розуміти, що таким чином вони можуть використовувати не оптимальні процедури. Наступні розділи цієї статті розглядають ці кроки один за одним, детально пояснюючи, чому кожен з них важливий, як вони виконуються, а також обмеження безпечного та ефективного використання озону.
Рисунок 1. Схема використання озону в типовому рифовому акваріумі.
Процес починається з джерела повітря, зазвичай це звичайний акваріумний повітряний насос. Повітря часто пропускається через осушувач, де використовується гігроскопічний матеріал, такий як діоксид кремнію, який видаляє більшу частину води з повітря; це називається осушувачем повітря. Після виходу з трубки осушувача і через повітряний зворотний клапан, щоб запобігти зворотному потраплянню води в систему, повітря потрапляє в сам генератор озону. Попереднє осушення повітря підвищує ефективність роботи озоногенератора.
Після того, як насичене озоном повітря виходить з озоногенератора, воно направляється в камеру змішування, де акваріумна вода і газ добре перемішуються і утримуються в контакті протягом як мінімум декількох секунд. Акваріумісти часто використовують для цієї мети скімери або спеціально виготовлені озонові реактори. Вибір відповідних матеріалів для цих пристроїв викликає занепокоєння, оскільки озон може руйнувати деякі види пластику, гуми і труб.
У контактній камері озон реагує з багатьма різними хімічними речовинами, що містяться в морській воді. Більшість переваг, які отримуються від використання озону, повинні відбуватися в цій камері. У ній, наприклад, вода стає “прозорішою”, оскільки певні світлопоглинаючі пігменти в розчинених і твердих органічних молекулах руйнуються, як правило, шляхом окислення.
Однак не всі продукти реакції озону з акваріумною водою є корисними. Вода, що виходить з контактної камери, оптимально пропускається через активоване вугілля, достатнє для видалення решти оксидантів, що утворилися в результаті реакції озону. Вугілля розщеплює більшість цих потенційно небезпечних оксидантів до того, як вони потрапляють в акваріум. Повітря, що виходить з реактора, також містить озон, і його також краще пропускати через активоване вугілля, щоб зменшити занепокоєння щодо токсичності повітряного озону.
Для того, щоб переконатися, що в акваріум не потрапляє занадто багато озону або його побічних продуктів, акваріумісти контролюють ОВП води в акваріумі Для тих акваріумістів, які використовують невелику кількість озону, моніторинг може бути достатнім. Для тих акваріумістів, які використовують велику кількість озону, може бути важливим контролер ОВП. Він може бути використаний для відключення озону, якщо ОВП піднімається вище заданого значення (ця точка є або точкою аварійного відключення, яка рідко, якщо взагалі досягається, або цільовим значенням ОВП, коли генератор фактично працює лише частину часу і лише тоді, коли контролер ОВП повідомляє, що ОВП потрібно підвищити до заданого значення).
Більшість систем озонування, що використовуються рифовими акваріумістами, використовують повітряний насос як первинне джерело повітря. Хоча деякі установки (наприклад, Enaly) поєднують повітряний насос з генератором озону, це не є звичайною установкою. Також можна використовувати повітря під тиском у балоні або резервуарі з насосом, або навіть чистий кисень, але через додаткові витрати ці методи навряд чи будуть використовуватися більшістю акваріумістів. Єдиною ситуацією, коли акваріумісти можуть не використовувати повітряний насос, є ситуація, коли суміш повітря та озону всмоктується через генератор озону у вентурі, звичайний пристрій на багатьох скіммерах, який дозволяє їй потім потрапляти в якусь реакційну камеру. Загалом, це не найпоширеніше застосування, оскільки осушувач повітря може створювати занадто великий протитиск, щоб дозволити Вентурі адекватно втягувати достатню кількість повітря.
Скільки повітря достатньо? На щастя, це не має великого значення. Sanders, давній виробник озонового обладнання для акваріумістів, пропонує на своєму веб-сайті, що потік повітря повинен становити 50-500 літрів на годину для генераторів озону, що виробляють від 2 до 300 мг озону на годину. Більші агрегати, що виробляють до 2000 мг озону на годину, потребують повітряного потоку від 100 до 1000 літрів на годину. Майте на увазі, що якщо повітря направляється в якусь реакційну камеру під тиском (на відміну від скімера) або навіть через сушильну трубку, значний протитиск може зменшити потік повітря значно нижче номінального максимуму для акваріумного повітряного насоса.
Наукові дослідження виявили, що потік повітря через генератори озону з коронним розрядом, здається, не змінює суттєво виробництво озону, якщо тільки потік не є достатньо повільним, щоб озон, вироблений всередині генератора, не виходив до того, як у нього з’явиться шанс розщепитися на хімічно активні речовини в коронному розряді (обговорюється нижче). Одна група1 підігнала свої результати до рівняння, наведеного нижче:
де X – концентрація озону на виході з генератора озону в таких одиницях, як мг/л, “a” – константа, що відноситься до потужності генератора, F – швидкість потоку і X o максимальна концентрація озону при низькій швидкості потоку. Вплив швидкості потоку на концентрацію озону показано на рисунку 2. Слід зазначити, однак, що навіть якщо концентрація озону нижча при більшій швидкості потоку, загальна кількість виробленого озону не змінюється. Щоб знайти швидкість виробництва озону (в таких одиницях, як мг/год), необхідно помножити концентрацію озону в повітрі, що виробляється, на швидкість повітряного потоку (F):
Вплив швидкості потоку на загальне виділення озону також показано на рисунку 2. Зверніть увагу, що він фактично постійно зростає зі збільшенням швидкості потоку. Цей ефект легко зрозуміти. Більш високий потік змітає щойно вироблений озон, перш ніж він встигає знову розпастися всередині генератора, і замінює його свіжим повітрям, що містить O2, яке потім готове виробляти більше озону. На жаль, я не знаю, де саме на цих кривих залежності швидкості потоку від виробництва озону знаходяться типові комерційні акваріумні генератори озону (або якщо вони взагалі дотримуються цієї залежності). Компанія Sander показує подібні дані на своєму веб-сайті для своїх генераторів озону зі швидкістю потоку повітря від 0 до 600 літрів на годину. Швидкість потоку, необхідна для досягнення максимального загального виробництва озону, варіюється в залежності від пристрою, але у всіх показаних випадках становить понад 50 літрів на годину, а для великих пристроїв – понад 300 літрів на годину. Я не знаю, які витрати використовують всі компанії для встановлення специфікацій мг O 3 /год, які рекламуються в рекламній літературі, і чи відповідають ці швидкості потоку тим рекомендаціям, які вони надають акваріумістам, що використовують ці прилади. Такі питання вже відзначалися раніше в літературі 2, де може бути важко порівнювати комерційні генератори озону, не знаючи швидкості потоку, які були використані при проведенні розрахунків.
Рисунок 2. Залежність між витратою повітря та отриманою концентрацією озону (чорний колір) і загальною кількістю виробленого озону (червоний колір) для типового генератора озону з коронним розрядом.
Зауважимо, що навіть якщо комерційні генератори озону, які використовуються акваріумістами, виробляють фіксовану кількість озону за одиницю часу, концентрація в повітрі, що проходить через них, буде зменшуватися зі збільшенням швидкості потоку.
Таким чином, міркування щодо швидкості потоку повітря є наступними:
1. Більша швидкість потоку може означати більше загальне виробництво O 3 що максимізує ефективність роботи генератора озону.
2. Вища швидкість потоку означає нижчу концентрацію O 3 в повітрі. Це зменшення може призвести до меншого перенесення озону у воду (оскільки рівноважна кількість озону, що потрапляє у воду, залежить від концентрації O 3 у повітрі). Великі об’єми повітря можуть також впливати на те, який тип контактної камери необхідний для контакту води в резервуарі з цим повітрям. Більшість з них можуть обробляти лише певну кількість повітря, перш ніж вийдуть з ладу, або, принаймні, зменшиться кількість води в них або швидкість циркуляції повітря.
3. Більш високі швидкості потоку можуть ускладнити для звичайних сушильних трубок адекватне видалення вологи з повітря до того, як воно потрапить до генератора озону. Більш високі швидкості потоку також вимагатимуть частішого оновлення сушильного агента.
Більш вичерпні поради будуть надані в кінці статті, але моя порада щодо потоку повітря полягає в наступному:
1. Підберіть розмір повітряного насоса таким чином, щоб він знаходився в діапазоні швидкостей потоку, рекомендованих виробником генератора озону, і, можливо, також контактної камери, яка буде використовуватися. Можливо, використовувати повітряний насос зі змінною швидкістю потоку, щоб його можна було регулювати під час роботи.
2. Використовуйте повітряний насос, який може витримувати протитиск. Наскільки важливим є цей аспект, буде залежати від характеру тиску всередині контактної камери (наступний розділ).
3. Після того, як система запрацює, потік повітря та інші параметри можна відрегулювати для досягнення максимальної продуктивності. ОВП акваріума – це один з простих, хоча і повільних способів вимірювання продуктивності. Концентрація озону у воді, що виходить з контактної камери, але перед GAC, може бути хорошим показником. Для виявлення озону і його побічних продуктів в морській воді можна використовувати тест-набір на хлор або озон, оскільки ці сполуки вступають в реакцію з реагентом в стандартному наборі на хлор. При використанні набору для визначення хлору Hach CN-70 (використовуючи інструкції для вільного або загального хлору), я виявив експериментальні значення в діапазоні від 0,02 до 0,5 ppm “еквівалентів хлору” в різних налаштуваннях, які я спробував, а не тільки при різній швидкості потоку повітря). Оскільки такі набори (які засновані на методі, що називається DPD або DDPD) виявляють безліч різних високоокислювальних видів (гіпоброміт, озон і т.д.), необхідно пам’ятати, що це не є показником лише загальної кількості вільного озону, що залишився. Тим не менш, конвенція полягає в тому, щоб повідомляти про всі ці високоокислювальні види, як про одну хімічну речовину (якщо тільки в опублікованому дослідженні не зазначено інше). Одиницями виміру можуть бути еквіваленти хлору або еквіваленти озону, причому 1 ppm еквівалент хлору дорівнює 0,7 ppm еквівалентів озону (це значення просто є відношенням молекулярної маси O 3 (48 г/моль), поділеної на молекулярну масу Cl2 (70,9 г/моль). Зауважте, що метод тестування з використанням індиго синього (трисульфонату індиго) тестує тільки озон, а не побічні продукти, тому не обирайте цей метод, якщо ви не хочете вимірювати тільки озон.
ОВП стічних вод контактної камери також може бути корисним показником (мій показник зазвичай знаходиться у верхній частині 600-х мВ). У всіх випадках, чим вище озон або ОВП, тим ефективніше використовується озон (принаймні, коли швидкість потоку води через реакційну камеру приблизно постійна).
Генератори О-зони, що використовують коронний розряд, працюють найбільш ефективно, коли повітря, що надходить до них, сухе. Хоча точний взаємозв’язок між вологістю і швидкістю вироблення озону залежить від конструкції генератора, більшість комерційних виробників генераторів озону (O3ozone, Ozone Solutions і Lenntech, наприклад) показують графіки залежності вироблення озону від вологості, які виглядають приблизно як на малюнку 3. Багато акваріумістів знають емпіричне правило, що ефективність генерації озону падає приблизно в два рази між висушеним і невисушеним повітрям, і компанія Sander робить подібне твердження для своїх генераторів озону на своєму веб-сайті. Зокрема, компанія Sander стверджує, що висушування навколишнього повітря з відносною вологістю 50% до сухого повітря з точкою рос и-40°C призводить до зменшення на 50% виходу озону в одному з її лінійок генераторів озону.
Дані, наведені на рисунку 3, показують, що максимальний потенційний ефект осушення, ймовірно, буде дещо більшим, ніж удвічі, якщо використовувати навколишнє повітря, яке може мати точку роси до 20°C або навіть вище, у порівнянні з дуже сухим повітрям (з точкою роси нижч е-60°C). Для зручності інтерпретації Рисунку 3, в таблиці нижче показано взаємозв’язок між відносною вологістю і точкою роси при температурі повітря 70°F (21,1°C). Очевидно, що повітря повинно бути дуже сухим, щоб мати точку роси нижч е-20°C. Однак не очевидно, чи наближаються до цієї низької точки роси ті типи осушувачів повітря, які використовують аматори, чи перевищують її.
Таблиця 1. Зв’язок між точкою роси і відносною вологістю при 70�F (21.1�C).
Відносна вологість
Точка роси (�C)
Рисунок 3. Зв’язок між точкою роси (вологістю) і відносною кількістю озону, що виробляється в типовому генераторі озону з коронним розрядом.
Також стверджується, що більш висока вологість повітря, що надходить, може збільшити вихід азотної кислоти, але не всі дослідники погоджуються з цим твердженням. 2 Деякі ресурси 3 рекомендують підтримувати дуже низьку точку роси (~-60°C), щоб запобігти корозії самої установки через утворення азотної кислоти всередині неї. Однак, знову ж таки, не очевидно, чи наближаються типи сушарок, що використовуються аматорами, до цієї дуже низької точки роси.
Один акваріуміст повідомив, що корали в його акваріумі почали погано виглядати, і виявив, що в трубці між генератором озону і латунним фітингом була блакитна рідина. він не користувався осушувачем повітря, а день був вологий. Цією рідиною цілком могла бути азотна кислота у воді, яка роз’їла латунний фітінг, вивільнивши мідь, що потім потрапила до акваріума. Більш детальне обговорення хімічних процесів утворення азотної кислоти представлено в наступному розділі.
У будь-якому випадку, більшість виробників генераторів озону пропонують осушувати повітря перед тим, як воно потрапляє в генератор, і акваріумісти мають кілька варіантів осушення повітря. Деякі комерційні пристрої можуть осушувати повітря швидко і автоматично, хоча вони значно дорожчі за інші варіанти. Ці комерційні пристрої особливо корисні при великій витраті повітря (багато літрів на хвилину).
Найпростіший осушувач – це пластикова трубка, заповнена матеріалом, який зв’язує вологу в повітрі. Повітря надходить в один кінець і виходить з іншого, і, проходячи через нього, висушується. Компанія Red Sea продає такий пристрій щонайменше у двох розмірах. Їх матеріал (силікагель) змінює колір з блакитного на рожевий по мірі вичерпання, і його можна регенерувати в стандартній духовці, нагріваючи його, тим самим відганяючи поглинену воду. На жаль, у моєму приладі не вистачало критично важливого ущільнювального кільця, і коли я вдався до його самостійного виготовлення, пристрій іноді не міг тримати належний тиск. Крім того, здавалося, він виснажувався швидше, ніж я сподівався. У своїй системі я використовував більший розмір (500 г), але виявив, що він зазвичай виснажувався за два тижні або близько того. Цей результат, очевидно, відображає досвід інших, тому слід очікувати такого періоду розрядки. Тим не менш, здатність змінювати колір робить виснаження очевидним. Я також виявив напрочуд малий вплив використання осушувача на вміст озону у стоках з реакційної камери та на загальний ОВП акваріума. Деталі цього висновку будуть обговорюватися наступного місяця, але цей результат може відображати недостатню ефективність сушильної трубки, або, як альтернатива, відсутність значного впливу вологості на виробництво озону генератором озону Aquamedic, який я використовував.
Деякі акваріумісти використовують два послідовно з’єднані пристрої, щоб один з них можна було замінити для регенерації, поки інший залишається на місці. На малюнку 4 показана установка, яку використовує Хосе Дік, в якій сушильні трубки встановлені на стіні зі швидкороз’ємними з’єднаннями, що дозволяє швидко замінювати їх за необхідності. На додаток до спрощення процесу заміни, така установка може знизити точку роси нижче, ніж однопрохідна система з використанням тих самих трубок.
Малюнок 4. Установка для генерації озону, яку використовує Хосе Дік, показує дві послідовно з’єднані сушильні трубки.
Любителі можуть самостійно придбати силікагель і виготовити сушильну трубку. Інші матеріали можуть працювати, але можуть спричинити ускладнення. Наприклад, Damp-Rid може фактично розріджуватися за наявності занадто великої кількості вологи, а також може недостатньо знижувати вологість.
Генератори озону, що використовують ультрафіолетове світло для генерації озону (наприклад, Ultralife), не потребують осушення вихідного повітря. Крім того, багато акваріумістів, які використовують генератори озону з коронним розрядом, просто пропускають осушувач повітря при використанні озону, і, здається, задоволені корисністю озону в їх установці. Той факт, що вони можуть отримувати лише 50%, 10% або навіть 2% від номінальної потужності, може бути для них неважливим. Якщо ОВП акваріума достатньо підвищується без осушувача, що контролер ОВП фактично “контролює” його, вимикаючи озон на деякий час, то виробництво озону, очевидно, є адекватним. Аналогічно, якщо ОВП таке, що акваріуміст зменшив налаштування генерації O 3 на генераторі до рівня, нижчого за максимальний, і задоволений результатами, то осушувач, швидше за все, не буде особливо корисним.
Прозорість води може покращитися при рівнях доданого озону набагато менших, ніж потрібно для підвищення ОВП до часто згадуваного діапазону 350-450 мВ. Зрештою, все, що має значення, це те, щоб акваріуміст був задоволений прозорістю води та будь-якими іншими очікуваннями, які він пов’язує з її перевагами. Небажані ефекти виробництва азотної кислоти (незначне додавання нітратів, незначне зниження лужності та рН), ймовірно, є тривіальними в порівнянні з величезними добавками поживних речовин та буферів, які відчувають багато рифових акваріумів.
Чи буде внутрішня частина або фітинги блоку генератора озону коронного розряду з часом погіршуватися через корозію азотної кислоти? Я не знаю відповіді на це питання.
У моїй установці ОВП ніколи не піднімається вище 330 мВ, і, як правило, становить 300-330 мВ навіть з озоновим блоком, який я встановив на найвище значення, і з осушувачем повітря (все це я детально опишу наступного місяця). Цей результат підказує мені, що я ніде не переганяю додавання озону. З цієї причини здається розумним продовжувати використовувати сушарку, але фактичні експериментальні результати, які я отримаю протягом наступних місяців (де вологість, ймовірно, буде зростати далі), визначать, чи виправдане подальше використання сушильної трубки в майбутньому.
Моя порада іншим щодо сушіння повітря полягає в наступному:
1. Озоногенератор може виробляти більше озону, якщо повітря попередньо належним чином висушити, якщо припустити, що це тип коронного розряду. Однак ще належить з’ясувати, чи мають прості комерційні осушувачі повітря бажаний ефект.
2. Сам генератор озону може служити довше, якщо повітря належним чином висушується (знову ж таки, припускаючи, що це тип коронного розряду).
3. Якщо припустити, що прозорість води є основною або єдиною метою використання озону, а не більш важкодосяжною метою, такою як дезінфекція води, багато акваріумістів, ймовірно, будуть задоволені використанням озону без осушувача повітря.
Зворотний клапан потоку повітря
Зворотний клапан потоку повітря є недорогим і потенційно важливим елементом обладнання. Він може використовуватися між осушувачем та генератором озону або між генератором озону та реакційною камерою. Будучи електричним пристроєм високої напруги, генератори озону погано змішуються з морською водою. Хоча багато з них, здається, здатні витримати випадковий контакт з водою (а деякі навіть рекомендують очищати повітряний канал дистильованою або зворотньоосмотичною водою), відкладення солей та інших матеріалів, ймовірно, не бажано. Навіть якщо генератор озону розташований вище, ніж всі інші частини обладнання, деякі озонові реакційні камери мають достатній тиск в них, що якщо потік повітря зупиняється, вода може в значній мірі піднятися в повітряну лінію.
При використанні між осушувачем (або повітряним насосом) і генератором озону підійде будь-який зворотний клапан. Якщо повітря не може рухатися через нього назад, то при відключенні електроенергії, коли повітряний насос вимикається, вода не може піднятися вгору по трубці повітряної лінії в генератор. У цій установці вода може піднятися вгору по трубці, якщо повітряна лінія між генератором і зворотним клапаном якимось чином відірветься.
При використанні між генератором озону і реакційною камерою озон/вода бажано використовувати озоностійкий зворотний клапан (якщо такий можна знайти). У цьому випадку вода не може потрапити до генератора озону, доки встановлений зворотний клапан. За відсутності озоностійких клапанів можна використовувати звичайні зворотні клапани, які слід часто замінювати, оскільки гума в них деградує під впливом озону. Матеріали, які найбільш придатні для того, щоб витримати вплив озону, детально описані далі в цій статті.
Генератори озону: Теорія електричного розряду
Озон історично генерувався різними способами для застосування в акваріумі. До них відносяться високоенергетичне ультрафіолетове випромінювання та електричні розряди. Більшість, але не всі комерційні генератори озону, призначені для використання в акваріумах, використовують електричний розряд. На малюнку 5 показано типовий електричний розрядний пристрій. У ньому повітря пропускається між двома електродами. Альтернативна конструкція полягає в тому, що повітря просто проходить через скляну трубку, яка знаходиться між двома електродами. Хоча може працювати будь-яке розділення зарядів між електродами, найчастіше використовується поле змінного струму (AC). Точна природа електричного поля варіюється і зазвичай потрапляє в один з наступних частотних діапазонів: низька частота (від 50 до 100 Гц), середня частота (від 100 до 1000 Гц) або висока частота (1000+ Гц). Я не впевнений, які частоти використовуються в кожному з комерційних брендів, які зазвичай використовуються акваріумістами. На один або обидва електроди наносять тонкий діелектричний матеріал, щоб запобігти фактичному іскрінню між електродами. Цим діелектриком може бути скло, слюда або інші непровідні матеріали, але зазвичай це скло. Електричне поле між електродами досить сильне, щоб розірвати молекули, і називається короною або коронним розрядом. Корони часто випромінюють світло, і хоча цей ефект не можна побачити в типових комерційних генераторах озону, його можна побачити в інших додатках, де корона не настільки закрита.
Малюнок 5. Схема внутрішньої роботи генератора озону з коронним розрядом.
Інтенсивне електричне поле і високоенергетичні іони в ньому можуть розірвати всі первинні компоненти повітря на дуже реактивні окремі атоми або радикали:
Ці види можуть вступати в реакцію між собою або з компонентами повітря, що не прореагували. Детальний розгляд плазмової хімії виходить за рамки цієї статті, але нас цікавить реакція, яка є найбільш цікавою для нас:
Як згадувалося вище, потік повітря через генератор може впливати на кількість виробленого озону. Розуміючи, як виробляється озон в таких генераторах, легко зрозуміти, чому. Якщо O 3 утворюється між електродами і залишається там протягом певного періоду часу, сам озон може бути розірваний на частини інтенсивним електричним полем і зіткненнями з високоенергетичними електронами та іншими видами:
Більш висока швидкість потоку повітря може допомогти вимести спочатку утворений озон з генератора до того, як він може бути розбитий на частини, і замінити його свіжим O 2, який готовий виробляти більше озону.
Кілька послідовностей реакцій можуть призвести до утворення азотної кислоти:
Остання послідовність вимагає присутності води (щоб дістатися до OH – ), і очевидно, як висока концентрація води (як показано вологістю або точкою роси) може збільшити концентрацію азотної кислоти.
Такого роду процеси також можуть пояснити, як висока концентрація води в повітрі (тобто висока вологість або температура точки роси) може зменшити виробництво озону. Замість того, щоб реагувати з O2 для утворення озону, наприклад, атом кисню може реагувати з продуктами розпаду, що утворюються з води (H і OH – ), утворюючи інші хімічні речовини. Інші реакції між цими видами також призводять до утворення таких продуктів, як перекис водню та азотна кислота, але вони мають нижчу концентрацію, ніж кисень.
Генератори озону: Ультрафіолетова теорія
Як згадувалося вище, озон також може генеруватися інтенсивним ультрафіолетовим світлом. Генератори озону, що продаються компанією Ultralife, відносяться до цієї категорії. У цих пристроях використовується спеціальна лампочка, що виробляє ультрафіолетове світло з короткою довжиною хвилі (часто 185 нм). Під час ультрафіолетового опромінення на цій довжині хвилі молекули O 2 в повітрі, що проходять поблизу лампочки, поглинають світло і розщеплюються:
Як і в електророзрядних пристроях, ці атоми кисню можуть потім з’єднуватися з O 2 з утворенням озону:
Виробники цих типів установок стверджують, що їх перевагами є те, що повітря не потрібно осушувати, а також те, що утворюється менше азотовмісних побічних продуктів (наприклад, азотної кислоти). Крім того, кажуть, що їхня лампочка служить два-три роки, перш ніж її потрібно буде замінити. Конкуренти стверджують, що ці типи генераторів озону втрачають близько 20% своєї номінальної потужності після декількох годин роботи, і що споживання електроенергії набагато вище для системи на основі ультрафіолетового випромінювання, ніж для коронного розряду. Максимальна концентрація озону, яка може бути отримана в заданому об’ємі повітря, є нижчою (01 -,1% за масою O 3 в повітрі для УФ-систем у порівнянні з 0,5 – 1,7% O3в повітрі для осушення повітря за допомогою коронного розряду). Зверніть увагу, що потужність генераторів озону ультрафіолетового типу часто не регулюється.
Також слід зазначити, що ці пристрої суттєво відрізняються від ультрафіолетових стерилізаторів. Ультрафіолетові стерилізатори використовують довшу довжину хвилі ультрафіолетового світла (зазвичай близько 254 нм) і вбивають організми шляхом прямої взаємодії ультрафіолету з водою в резервуарі, коли він проходить повз нього. Молекули, такі як ДНК в організмах, поглинають ультрафіолет з довжиною хвилі 254 нм, і молекули розпадаються, вбиваючи їх. Ультрафіолетове світло з довжиною хвилі 254 нм не виробляє значної кількості озону.
Який тип генератора озону краще? Я вибрав для своєї установки тип коронного розряду, але будь-який з методів підходить для більшості любителів.
Генератори озону: Практична інформація
З практичної точки зору, генератори озону прості у використанні для акваріумістів. Якщо вихід озону можна регулювати, на пристрої є регулятор. За допомогою цього регулятора регулюється потужність, що подається на внутрішні електроди. В іншому випадку нічого не потрібно встановлювати або регулювати (якщо тільки генератор озону не поставляється в коробці з окислювально-відновлювальним контролером, який обговорюється нижче). Якщо вони не регулюються, вони можуть мати не більше, ніж електричний шнур, вхідний отвір для повітря та вихід повітря / озону.
Генератори озону для акваріумів, які використовують коронний розряд, споживають дуже мало електроенергії. Типові акваріумні агрегати використовують 10 Вт або менше (для 300 мг O 3 на годину або менше). Зазвичай вони поставляються з відповідними інструкціями щодо їх використання. До генераторів озону, які часто використовуються акваріумістами в Сполучених Штатах, відносяться генератори Sander, Aqua Medic, Enaly і Red Sea. Пристрої на основі ультрафіолетового світла (наприклад, Ultralife), як правило, використовують більше електроенергії.
Визначення необхідної кількості озону не є тривіальним і може сильно залежати від бажаного результату від дозування озону, способу його використання та інших методів утримання, що застосовуються в акваріумі. Наприклад, для усунення пожовтіння води використовується набагато менше озону, ніж необхідно для стерилізації води. Аналогічно, хороша реакційна камера озон/вода може дозволити використовувати набагато менше озону, ніж потрібно при неефективному використанні в скіммері. З огляду на це, більшість керівних принципів пропонують від 0,3 до 0,5 мг O 3 /год/галон акваріумної води.
Якщо можливо, я б рекомендував розташовувати прилад вище рівня води, де він використовується. Всілякі несправності (перебої з електроживленням, поломка повітряного насоса, ослаблення повітряної лінії і т.д.) можуть призвести до того, що вода підніметься вгору по трубах повітряної лінії і потрапить в генератор озону. Такий контакт з водою може не призвести до негайного руйнування коронного розряду, але він сприятиме зниженню продуктивності і, зрештою, може призвести до його виходу з ладу. Я не впевнений, який вплив матиме контакт з рідкою водою на генератор озону на основі ультрафіолету, але не здивуюся, якщо він може розбити лампочку. Повітряний зворотний клапан також допомагає зменшити ймовірність контакту з водою. Мій генератор озону Aquamedic прикріплений приблизно на висоті 7 футів від підлоги мого підвалу, де оброблена вода направляється в реакційну камеру і, в кінцевому підсумку, у відстійник, який знаходиться приблизно на 3-6 футів нижче. Тим не менш, я кілька разів випадково направляв воду в мій генератор озону. У кожному випадку кількість озону в реакційній камері, здається, повертається до норми через 24 години, але така практика, швидше за все, є менш бажаною.
Перш ніж намагатися очистити внутрішню частину генератора озону, проконсультуйтеся з виробником або з інструкцією, що додається до нього. Деякі рекомендують чистити чистою прісною водою та щіткою, але це неможливо для інших конструкцій. Мій прилад Aquamedic закритий якоюсь мембраною, тому проштовхування будь-якого твердого предмета у фітинги призведе до його пошкодження.
Озонова реакційна камера: Скімери
Озонова реакційна камера – це серце системи. Це місце, де повітря, насичене озоном, і вода з акваріума змішуються разом. У першій статті цієї серії я детально описав хімічні та біохімічні процеси, що відбуваються в реакційній камері. Я також обговорив питання, пов’язані з часом контакту і концентрацією озону щодо деяких потенційних ефектів озону (таких як дезінфекція).
В якості контактних камер можуть використовуватися різні системи, і більшість рифових акваріумістів воліють використовувати скімери. Вони використовують або основний скімер, або менший, недорогий, який може працювати з меншою швидкістю потоку і потенційно може бути принесений в жертву, якщо озон руйнує пластик до такої міри, що він більше не є надійним. Незважаючи на їх широке використання з озоном, скімери, як правило, не є оптимальним способом використання озону з кількох причин:
1. Швидкість потоку води і повітря в них, і навіть сама інженерна конструкція оптимізовані для знежирення, а не для впорскування і реакції озону. Чим довше озонована вода реагує, тим більше окислення органічних молекул може відбутися. Це не є конструктивним критерієм для скімерів, де час контакту води з повітрям максимізується, але вода сама по собі не утримується для будь-яких цілей. Якщо швидкість потоку води занадто висока, а отже, і швидкість її обороту занадто висока, концентрація озону у воді, а також час його контакту з органічними матеріалами можуть бути меншими за оптимальні.
2. Повітря і вода, що виходять з скімера, повинні оптимально пропускатися через активоване вугілля, щоб зменшити кількість високоокислювальних і токсичних речовин, що потрапляють в акваріум і в повітря житла акваріумістів. Багато скімерів не налаштовані для ефективного пропускання повітря через вугілля, а висока швидкість потоку води може ускладнити досягнення адекватного контакту з активованим вугіллям.
3. Багато скімерів не розроблені з використанням матеріалів, придатних для тривалого впливу озону.
Тим не менше, більшість рифових акваріумістів, які використовують озон, роблять це за допомогою скімера. Незалежно від того, оптимальний він чи ні, вони вирішили, що він відповідає їхнім потребам. Спосіб використання озону за допомогою скімера критично залежить від природи скімера, і існує занадто багато різних конструкцій, щоб надати багато корисних деталей. Однак, деякі пропозиції щодо використання озону таким чином є:
1. Виберіть скіммер, який дозволяє утримувати в ньому значний об’єм води, щоб озонована вода не зміталася відразу, а проходила через GAC (де реакції озонування в основному закінчуються).
2. Виберіть той, який дозволяє збирати повітря і пропускати його через GAC. Морський клон, наприклад, був би поганим вибором в цьому відношенні, оскільки повітря і вода виходять з нього через досить великий отвір. Скіммер ETS, який я використовую, також є поганим вибором, оскільки повітря виходить з трубки, яка також є вихідним отвором скіммера. Однак його можна використовувати зі спеціальним колектором для збирання накипу (описано нижче).
Хосе Дік модифікував комерційний скіммерний колектор (PS-MQWC2), який працює разом з його скіммером. Він виготовив нову кришку, збільшив довжину горловини між верхнім фланцем і контейнером з вугіллям і переврізав фланець, щоб прийняти більший ¾-дюймовий штуцер для зливу. Спочатку вугілля призначалося для усунення запаху скіммату, але воно також може працювати для зменшення озону. Він дозволяє збирати рідкий скіммат і відводить повітря, насичене озоном, через фільтр з активованим вугіллям (рис. 6). Вона вимагає, щоб скіммат зливався самопливом з чаші скімера в камеру колектора, не випускаючи при цьому повітря. Суміш повітря і скімату надходить у верхній частині, рідина осідає на дно, а повітря, насичене озоном, виходить через середину верхньої частини. Воно проходить над вугіллям, тим самим втрачаючи озон. За бажанням його також можна виводити назовні.
Малюнок 6. Модифікований контейнер для збору скіммату, який використовується компанією Jose Dieck для зменшення викидів озону в повітря.
Озонова реакційна камера: Комерційні реактори та саморобні
Існує декілька комерційних озонових реакторів, які варіюються від поганих до, ймовірно, досить ефективних (хоча і дорогих). Я використовував озоновий реактор Coralife (рис. 7) і більше не буду його використовувати. На мою думку, це не дуже добре розроблений продукт. Я надам більше коментарів про нього в наступному місяці.
Малюнок 7. Озоновий реактор Coralife з приєднаними трубками для подачі води і повітря.
Компанія Marine Technical Concepts (MTC) також виготовляє озоновий реактор PRO240D. Він складається з акрилової трубки діаметром 6 дюймів і висотою 27 дюймів. Всередину вода капає через пластину, а потім на пластиковий матеріал з великою площею поверхні. Повітряно-озонова суміш впорскується над пластиною, що дозволяє їм змішуватися. Цей тип реактора, як правило, знаходиться під тиском до декількох PSI, що призводить до потрапляння озону у воду. Я не використовував його, але впевнений, що цей реактор був би хорошим вибором.
Ті, хто хоче мати озоновий реактор, але не в змозі витратити кілька сотень доларів, можуть використовувати PRO240D або ці пов’язані плани в якості керівництва для систем “зроби сам” (зроби своїми руками).
Озонова реакційна камера: Трубчастий реактор
Після того, як я повозився з озоновим реактором Coralife і визнав його незадовільним, а також провівши кілька тестів, де я просто відправив озон в мій скіммер (в результаті чого мій підвал смердів озоном), я вирішив встановити дуже простий “реактор” самостійно (Малюнок 8). У мене є два послідовно з’єднані насоси Iwaki 30 RLXT, які я використовував протягом багатьох років в якості основних зворотних насосів. Я створив “Т” з їх виходу, щоб направити воду в два моїх основних резервуара.
Малюнок 8. 100-футова котушка ПНД-трубки, яку я використовував як простий озоновий реактор.
Використовуючи інший “Т”, я додав ¾-дюймовий вентурі, а до нього прикріпив 100-футову котушку ¾-дюймової трубки з ПНД (поліетилену високої щільності), яку я купив у компанії Cole Parmer приблизно за 60 доларів (включаючи доставку). Реактор просто складається з повітряно-озонової суміші, що закачується в камеру Вентурі, а потім суміш вода/повітря/озон циркулює через цю котушку (близько 13 окремих котушок) протягом приблизно 45 секунд (коли швидкість потоку води становить близько 90 галонів на годину). Вона містить трохи більше двох галонів повітря і води одночасно. Це дозволяє тривалий час контактувати зі значною кількістю води, при цьому існує достатній тиск як від сили тяжіння, так і від протитиску 100 футів гнучкої труби. Фактично, бухту НКТ довелося укладати горизонтально. Підвішування її вертикально створювало занадто великий протитиск для того, щоб через неї пройшов хоч якийсь значний потік води.
While the mixing efficiency is apparently not especially good inside the tubing, it is adequate to raise the ORP to > 680 мВ і концентрацію озону у воді (виміряну хлорним набором на виході) до 0,1 ppm хлорного еквіваленту. У цій установці Вентурі просто діє як впускний отвір для відкачуваного повітря, оскільки швидкість потоку занадто низька, щоб фактично отримати будь-яке всмоктування за рахунок дії Вентурі.
Найбільш важливим для мене є те, що кінець трубки, де виходить повітря і вода, легко пропускається через колонку GAC для видалення залишкового озону і побічних продуктів озону. При нормальній роботі я не відчуваю запаху озону в підвальному приміщенні, де відбувається операція. У цій системі також немає місця для накопичення будь-якого детриту, окрім як на самому активованому вугіллі. Про колонку GAC докладніше буде розказано далі в цій статті.
Озонова реакційна камера: Відповідні матеріали
Для тих, хто проектує і будує озонові системи, використання відповідних матеріалів є важливим фактором. Деякі пластмаси і каучуки швидко стають крихкими і ламаються після тривалого впливу озону. Ряд різних інтернет-сайтів мають керівництва по сумісності; наприклад, Cole Parmer. Інформація в Таблиці 1 була взята з їхньої інформації про “матеріали”. Вони також мають посібник з вибору труб (наведений у Таблиці 2).
Очевидно, що деякі матеріали, які можуть використовуватися акваріумістами, наприклад, нейлон, не є найкращим вибором. У магазинах акваріумного обладнання продаються озоностійкі трубки, які є хорошим вибором для використання між генератором озону та реакційною камерою.
Таблиця 1. Сумісність матеріалів з озоном
Оцінка
Серйозний вплив
Відмінно до 100°F
Відмінно до 100°F
Серйозний вплив
Серйозний вплив
Від середнього до сильного впливу
Добрий/відмінний
Таблиця 2. Сумісність НКТ з озоном
Стійкість до озону
A � Відсутність пошкоджень після 30 днів постійного впливу. B �Невеликі пошкодження або відсутність пошкоджень після 30 днів постійного впливу. C � Деякий ефект після 7 днів постійного впливу. Ефекти можуть включати: розтріскування, розтріскування, втрату міцності, зміну кольору, розм’якшення або набряк. Розм’якшення і набряк в деяких випадках є оборотними. D �Не рекомендується для тривалого використання. Може виникнути негайне пошкодження.
Безпека озону для людини: Загальні відомості
Озонова зона в повітрі може становити значну небезпеку для здоров’я людини. Нещодавнє дослідження EPA (буде опубліковане в квітні 2006 року в журналі Environmental Health Perspectives) показує, що озон може спричинити передчасну смерть при тривалому впливі на організм до 0,08 проміле. Цей рівень значно нижчий, ніж вважалося раніше. Більш ранні дослідження припускали, що рівень 0,2 ppm не становить значного ризику для здоров’я. Детальний розгляд різних впливів озону на здоров’я виходить за рамки цієї статті, але має бути очевидним, що якщо озон може бути використаний для окислення і розщеплення органічних матеріалів, то вплив озону на людину, яка складається з органічних тканин, є небажаним.
Оскільки більшість акваріумістів не мають приладів для виявлення озону (див. нижче), як їм визначити, чи не піддаються вони потенційному впливу небажано високих рівнів озону? Окрім відмови від використання озону, що може бути розумним вибором для багатьох акваріумістів з багатьох причин, включаючи стан здоров’я, я б рекомендував провести нюховий тест. Виявляється, що більшість людей можуть виявити озон у повітрі за запахом на рівні трохи нижче 0,08 проміле. Отже, якщо ви відчуваєте запах озону, він може бути, а може і не бути на небезпечних рівнях. Однак, цілком можливо використовувати озон таким чином, щоб його запах не відчувався, припускаючи, що обладнання і процедури є адекватними, включаючи пропускання постреакторного повітря через відповідну кількість GAC (обговорюється в наступному розділі). Отже, моя порада полягає в тому, що якщо ви вирішите використовувати озон, то робіть це таким чином, щоб ви не могли виявити його запах. Чи є це гарантією того, що ви не постраждаєте від шкідливих наслідків? Ні. Деякі люди мають набагато гірший нюх, ніж інші. І майбутні дослідження можуть показати шкідливий вплив навіть на рівнях, нижчих за поріг чутливості людського носа. Але якби я використовував озон і відчував його запах, я б вжив позитивних заходів, щоб зменшити викиди озону.
Для тих, хто цікавиться, багато марок озонометрів підходять для визначення небажаних рівнів озону в повітрі. Вони, на жаль, досить дорогі. Наприклад, озонометр EW-86316-20 від Cole Parmer продається за 350 доларів і показує рівні від 0,02-0,14 ppm. Деякі тестові набори також передбачають виставляння чутливої картки на повітря. Smart and Final ad – це унікальна пропозиція і для бізнесу. Вони не дорогі, і для акваріумістів, стурбованих безпекою озону, вони можуть бути хорошим способом з’ясувати, чи представляє певна установка якийсь ризик. Набори можна придбати в багатьох торгових точках, в тому числі:
Для довідки, резюме впливу озону на здоров’я, яке було представлено в першій статті цієї серії, відтворено нижче для зручності.
Вплив озону в нижніх шарах атмосфери:
0,003 – 0,010 ppm Найнижчі рівні, які може виявити пересічна людина (за запахом). 0,08 проміле Останнє дослідження EPA (буде опубліковане у квітні 2006 року) повідомляє про значно підвищений ризик передчасної смерті у людей. Кожне збільшення на 0,01 проміле призводить до збільшення передчасної смертності на 0,3 відсотка. 0,001 – 0,125 ppm Концентрація озону в природному повітрі. 0,1 ppm Типова максимально допустима безперервна концентрація озону в промислових робочих зонах, громадських та приватних приміщеннях. 0,15 – 0,51 ppm Типова пікова концентрація в американських містах. 0,2 ppm Тривалий вплив озону на людину в типових робочих умовах не призводить до видимих наслідків. 0,3 ppm Пороговий рівень для подразнення носа та горла. Деякі види рослин демонструють пошкодження. 0,5 проміле – рівень, при якому Лос-Анджелес, Каліфорнія, оголошує рівень смогу № 1; може викликати нудоту і головний біль. 1 – 2 проміле Рівень, при якому Лос-Анджелес, Каліфорнія, оголошує попередження про смог № 2 (1,00 проміле) і № 3 (1,50 проміле). Симптоми: головний біль, біль у грудях і сухість дихальних шляхів. 1,4 – 5,6 ppm Завдає серйозної шкоди рослинам. 5 – 25 ppm Смертельний для тварин протягом декількох годин. 25+ ppm Ймовірно смертельний для людини протягом однієї години.
Безпека озону для людини: ГДК для повітряних викидів
Для того, щоб знизити рівень озону в повітрі, що виходить з озонової реакційної камери або скімера, найкраще пропускати повітря через відповідну кількість активованого вугілля (або, можливо, відводити його за межі будинку, як це роблять деякі акваріумісти зараз). Коли озон зв’язується з активованим вугіллям (показано як C*), він спочатку дисоціює на поверхні вугілля на зв’язаний O і O 2 :
О2 вивільняється в повітряний потік. Частина окисленого активованого вугілля залишається, але більша частина розпадається з утворенням більшої кількості O 2, який вивільняється:
Хоча типи активованого вугілля, які найбільше підходять для цього застосування в газовій фазі, можуть відрізнятися від тих, що підходять для очищення води, виявляється, що ті, що використовуються акваріумістами, можуть бути ефективними. Пропускання відпрацьованого повітря через кілька дюймів упакованого активованого вугілля марки Marineland Black Diamond здебільшого видаляло запах з кімнати, де я проводив свої тестові експерименти. Єдиним способом виявити запах носом було понюхати безпосередньо у верхній частині колонки GAC. За відсутності GAC, озону, що виділявся, було достатньо, щоб весь підвал сильно пах озоном, і це було вірно, незалежно від того, чи пропускав я озон через озоновий реактор Coralife, мій скіммер ETS 800 Gemini або мій трубчастий реактор (додаткові вимірювання з використанням кожної установки будуть детально описані в наступному місяці).
На жаль, не завжди легко досягти такого скорочення озону через те, як багато скімерів випускають повітря. На мою думку, відсутність відповідного способу очищення повітряних викидів за допомогою GAC є суттєвим недоліком будь-якого реактора або скімера, для якого це є проблемою. Деякі комерційні вугільні фільтри призначені саме для цієї мети. Наприклад, вугільний повітряний фільтр CAF-12 виробництва компанії Marine Technical Concepts відповідає вимогам для цього застосування.
Я розробив свій власний комбінований фільтр для очищення як повітряних, так і водних стоків від озонових реакторів, які я використовую (Рис. 9). Він складається з ПВХ труби діаметром 4″ і довжиною близько 2′. На одному кінці я прикріпив редукційний фітінг 4″ на 3″ і встромив 4-дюймове коло з пластикової сітки (продається для того, щоб листя не потрапляло в водостоки даху будинку). Ця сітка сиділа на межі між 4-дюймовим ПВХ і редукційним фітингом. Зверху я поклав великий мішок GAC, а поверх мішка заповнив решту труби сипучим GAC (Marineland Black Diamond).
Малюнок 9. Саморобна колонка з активованим вугіллям, яку я використовував для очищення повітря і води для зменшення озону та його побічних продуктів. Вона має висоту 18 дюймів і виготовлена з 4-дюймової ПВХ труби.
Ця колонка з активованим вугіллям утримується струною, прикріпленою до верхнього кінця труби. Інший кінець струни прикріплений до стельової балки. Нижня частина колони (редукційний фітінг) сидить на 3,5-дюймовому отворі, вирізаному в пластиковій кришці сміттєвого баку, що стоїть на моєму відстійнику. ПВХ в значній мірі спирається на кришку відстійника, а мотузка просто утримує його у вертикальному положенні.
Залежно від використовуваної озонової реакційної камери, в колону встромляються або обидва виходи для повітря і води (для озонового реактора Coralife), або один комбінований вихід (для мого трубчастого реактора). Зокрема, кінець трубки, де є вихід для води та повітря, застряг приблизно на 3 дюйми нижче верхньої частини GAC, з ще одним футом або більше GAC під ним. Вода проходить через цей фут, а повітря, ймовірно, виходить через верхню частину колонки GAC (хоча частина може виходити і через нижню частину).
Коли ця колонка GAC підключена належним чином, я не відчуваю запаху озону в кімнаті, в той час як видалення трубки з колонки GAC швидко наповнює весь підвал озоном, який легко виявити за запахом. Це не дуже красиво, але це дешево і добре працює!
Контейнер для збору скіммату, модифікований Хосе Діком, який описаний в попередньому розділі (Озонова реакційна камера: скіммери), є дещо більш елегантним рішенням необхідності пропускати повітря, що виходить з скіммера, через GAC.
Безпека озону в акваріумі: GAC для водних стоків
Для того, щоб знизити рівень озону і його токсичних побічних продуктів (бромат, гіпобромна кислота і т.д.) у воді, що виходить з озонової реакційної камери або скімера, найкраще пропускати воду через відповідну кількість активованого вугілля. У першій статті цієї серії обговорювалися хімічні процеси, що лежать в основі каталітичного розщеплення активованим вугіллям озону і його побічних продуктів з утворенням кисню. Цей процес можна контролювати за допомогою тесту на вміст хлору, наприклад, Hach модель CN-70, або такого, що працює аналогічно, але показує результати у вигляді озону (наприклад, Hach модель OZ-2). Колонка GAC, через яку я пропускаю таку воду (рис. 9), суттєво знизила звітні показники залишкового ОНО. Залежно від швидкості потоку та інших змінних, падіння становило від 0,1 ppm до 0,04 ppm еквівалентів хлору або від 0,05 ppm до менш ніж 0,02 ppm еквівалентів хлору (нижня межа виявлення). Така обробка GAC, як видається, не призводить до помітного зниження ОВП, тому це не найкращий спосіб оцінити ефективність GAC.
Я вважаю, що таке застосування GAC є значно більш вимогливим, ніж просто очищення води для видалення органічних речовин. В останньому випадку, якщо деяка кількість води проходить повз GAC, не взаємодіючи з ним, це не є проблемою; це просто знижує ефективність очищення, але органіка може бути вловлена при наступному проходженні води через GAC. Або при наступному проходженні, і так далі, і так далі. Це не та ситуація, коли потрібно видалити все за один прохід. Однак, ОРВ, що утворюються в результаті реакції озону з морською водою, не такі вже й нешкідливі. Набагато краще видалити їх при першому проходженні через ГАК. Який би ОР не потрапив до головного резервуару, він, швидше за все, вступить там в реакцію. Якщо він реагує з розчинними органічними речовинами або з твердими органічними речовинами, це не проблема; це, можливо, навіть бажано. Але ті реактивні види, які вступають в контакт з організмами, будуть більш проблематичними, як детально описано в першій статті.
Безпека озону для акваріума: Моніторинг та контроль ОВП
Озон є потужним окислювачем, і акваріумісти повинні переконатися, що вони не додають його занадто багато у свої акваріуми. Існують реальні історії акваріумістів, які спричинили катастрофи в акваріумах, додавши занадто багато озону (включаючи, наприклад, загибель трьох акул в акваріумі Девон у 2001 році, коли комп’ютерний збій дозволив доставити занадто багато озону). Окрім правильного підбору необхідних компонентів (генератор озону, обробка GAC тощо), існує один відносно простий спосіб переконатися, що в акваріумі не відбувається передозування, а саме – моніторинг ОВП (окислювально-відновлювального потенціалу).
Я широко висвітлював ОВП у попередній статті (ОВП і рифовий акваріум), включаючи те, що він насправді означає і як його вимірювати. Я також обговорював хімічний вплив озону на ОВП в першій статті цієї серії, тому тут я не буду зупинятися на жодному з цих аспектів. ОВП вимірюється за допомогою простого вимірювача та комбінації електродів, так само, як і рН. На жаль, на цьому аналогія з pH закінчується. Теорія ОВП є складною, і незрозуміло, які хімічні речовини у воді насправді вимірює ОВП-електрод. Крім того, електрод може врівноважуватися з морською водою від кількох годин до кількох днів, оскільки різні органічні та неорганічні матеріали зв’язуються з ним або вивільняються, тому його реакція на зміни може бути не швидкою.
На додаток до простих вимірювачів ОВП, таких як Pinpoint, показаних на малюнку 10, багато акваріумістів використовують контролери ОВП (малюнок 11). Ці пристрої дуже корисні тим, що вони можуть відключити живлення генератора озону (і будь-яких інших бажаних пристроїв), якщо ОВП піднімається занадто високо. Все, що потрібно зробити акваріумісту, це повідомити пристрою, якою має бути верхня межа ОВП, і він готовий до роботи. Деякі компанії (наприклад, Red Sea) продають генератори озону, які включають в себе вимірювач або контролер ОВП. Вони можуть бути зручними або дешевшими, але не мають жодних переваг, притаманних цим пристроям.
Рисунки 10 та 11. Монітор ОВП марки Pinpoint (ліворуч) і контролер ОВП (праворуч), що продаються компанією American Marine.
При дозуванні озону в рифовий акваріум, чим більше озону додається в систему, тим вище підніметься ОВП. Я не згоден з твердженнями деяких акваріумістів про те, що більш високий ОВП означає чистішу або “кращу” воду. Однак, якщо ОВП буде використовуватися як орієнтир для запобігання передозуванню озону, тоді необхідні деякі коментарі щодо цільових рівнів ОВП.
Без використання озону рифові акваріуми широко варіюють за своїми значеннями ОВП. Деякі акваріумісти повідомляють про значення у верхніх 300 мВ, тоді як деякі навіть стверджують, що вони перевищують 400 мВ. ОВП моєї рифової системи без озону становить від середнього до верхнього 200 мВ. Деякі стверджують навіть нижчі значення. Частина цих діапазонів може бути пов’язана з ускладненнями при калібруванні вимірювань ОВП та врівноваженні електродів ОВП (процес, який може зайняти кілька днів), а частина з тим, що ОВП змінюється залежно від рН, але більша частина, ймовірно, пов’язана з реальними аспектами утримання, які змінюють базове значення ОВП, якого досягає акваріум.
Перш ніж перейти до обговорення ОВП та озону, дозвольте мені торкнутися одного питання, яке може вплинути на те, наскільки сильно акваріумісти повинні покладатися на точність ОВП. Як згадувалося вище, ОВП не є простим вимірюванням рівноваги. Сам зонд може мати пам’ять про те, до чого він раніше піддавався впливу, і це може вплинути на показання, навіть якщо він здається належним чином відкаліброваним. Ця пам’ять може стосуватися органічних і неорганічних матеріалів, прикріплених до самої платинової поверхні. Наприклад, якщо я відкалібрую свій датчик ОВП (в рідині Pinpoint 400 mV), дам йому врівноважитися в моєму резервуарі протягом багатьох днів, а потім покладу його назад в нову партію тієї ж калібрувальної рідини ОВП, він зчитує значення, яке повинно бути в калібрувальній рідині. Але після повернення його у воду бака, ОВП бака показує на 25-30 мВ вище, ніж до того, як зонд був поміщений в калібрувальну рідину, і це підвищення триває протягом декількох днів. Аналогічно, занурення електрода ОВП в розчини з дуже високим ОВП (наприклад, у стічні води озонового реактора), здається, впливає на електрод у зворотному напрямку, знижуючи спостережуваний ОВП в акваріумі приблизно на 25 мВ при вимірюванні більш ніж через добу (і набагато більше при негайному вимірюванні). Основний висновок полягає в тому, що акваріумісти не повинні інтерпретувати невеликі абсолютні зміни ОВП як такі, що означають щось конкретне, і вони можуть насправді просто відображати зміни, що відбуваються з самим датчиком ОВП, а не зміни, що насправді відбуваються у воді.
Після початку використання озону деякі акваріумісти, як і я, бачать лише невелике зростання ОВП навіть при рекомендованих рівнях озону. Наприклад, мій ОВП не піднімається вище 330 мВ, а в акваріумах деяких акваріумістів ОВП все ще залишається в діапазоні 200 мВ навіть після початку використання озону. Інші, імовірно, ті, хто починає з високого значення ОВП, хоча це може бути не єдиним фактором, легко піднімають ОВП свого акваріума занадто високо, якщо його не контролювати.
Отже, з усією цією попередньою дискусією позаду, ось мої рекомендації щодо моніторингу ОВП та контролю озону в рифових акваріумах за допомогою правильно підібраного генератора озону, який, здається, працює, та належним чином відкаліброваного вимірювача ОВП:
1. Якщо ОВП ніколи не піднімається вище 375 мВ після ініціювання озону, не турбуйтеся про контроль озону або ОВП. Просто дайте йому працювати на повну потужність. Також не турбуйтеся про необхідність більшого генератора, за умови, що він підвищив ОВП принаймні на 25 мВ вище того рівня, який був до додавання озону. Це, швидше за все, виконає необхідні завдання (наприклад, зробить воду чистішою). Тільки якщо якийсь інший аспект використання озону буде незадовільним (наприклад, недостатня прозорість води), я б шукав інші варіанти, такі як більший генератор озону або краща контактна камера.
2. Якщо ОВП починається вище 375 мВ або підвищується під час використання озону, використання контролера ОВП буде корисним для запобігання занадто високому зростанню ОВП. Використовуйте контролер для відключення озону, коли ОВП піднімається занадто високо. Іншим варіантом може бути відключення потоку повітря для економії носія сушарки, але переконайтеся, що вода не може потрапити назад в генератор озону, якщо повітря зупиниться. Я б встановив цільове значення ОВП дещо вище базового значення ОВП за відсутності озону – принаймні 350 мВ, можливо 400 мВ, але ніколи не вище 450 мВ.
Використання озону в рифових акваріумах має свої переваги та недоліки. Головною з переваг є покращення прозорості води. На жаль, значне занепокоєння викликає токсичність озону та його побічних продуктів як для людей, так і для мешканців рифових акваріумів. Однак правильне використання відповідного обладнання може значно зменшити цей ризик. Для тих, хто вирішив використовувати озон, мої рекомендації такі:
1. Підберіть повітряний насос відповідно до розміру генератора озону та використовуваної контактної камери. Повітряний насос зі змінною швидкістю потоку може бути корисним. Використовуйте повітряний насос, який може впоратися з протитиском, якщо контактна камера буде знаходитися під тиском.
2. Потенційно використовувати осушувач повітря для збільшення виходу озону, зменшення виходу азотної кислоти і продовження терміну служби генератора. У разі використання генератора озону з УФ-лампою, осушувач повітря не потрібен.
3. Використовуйте генератор, розмір якого відповідає розміру Вашої системи, приблизно від 0,3 до 0,5 мг O 3 /год на галон акваріумної води. Хоча непомірно великий генератор може коштувати не набагато дорожче, він може призвести до ризику передозування акваріума. Як і у випадку з багатьма рифовими добавками, використання більшої кількості, ніж рекомендовано, рідко буває кращим.
4. Можна використовувати багато типів комерційних або саморобних контактних камер повітря/вода. Оптимальні системи мають значний час контакту між озонованим повітрям і водою в акваріумі, дозволяють озонованій воді реагувати протягом значного періоду часу і можуть перебувати під значним тиском. Скімери можуть використовуватися, але вони далекі від оптимальних.
5. Для безпеки людей, що знаходяться поблизу акваріума, обов’язково пропускайте відпрацьоване повітря через достатню кількість активованого вугілля, щоб виключити будь-який запах озону. Тест-набір або лічильник для виявлення озону в повітрі може допомогти полегшити занепокоєння акваріумістів.
6. Для безпеки мешканців акваріума пропускайте озоновану воду через активоване вугілля, щоб зменшити концентрацію токсичного озону та побічних продуктів озонування у воді.
7. Контролюйте ОВП при використанні озону. Якщо він підніметься вище 375 мВ, а цього цілком може і не бути, обов’язково ретельно контролюйте його, щоб він не піднявся небажано високо (вище 450 мВ).
8. Після того, як система запрацює на повну потужність, слід відрегулювати потік повітря, потік води, налаштування озоногенератора, обробку ГАК та інші параметри, щоб максимізувати її продуктивність. ОВП можна використовувати для вимірювання додавання озону. Для вимірювання видалення озону і побічних продуктів озонування з обробленої води можна використовувати тест-набір на хлор.
Для тих, хто цікавиться додатковими технічними деталями виробництва та використання озону, Стівен Спотте детально розглядає ці питання в одній зі своїх ранніх книг “Акваріуми з морською водою: Навколишнє середовище в неволі” 1979 року. Хоча вона дещо застаріла і не орієнтована на збереження рифів або на те, щоб зробити воду чистішою, вона містить науковий аналіз багатьох питань, пов’язаних з виробництвом і використанням озону. Нещодавно я купив вживану копію на Amazon за $6. Ті, хто проектує озонові реакційні камери і пов’язані з ними пристрої (скімери і т.д.), можуть бути зацікавлені в “Інжинірингу водних систем: Пристрої і як вони функціонують” Педро Рамона Ескобала (Pedro Ramon Escobal).
Наступного місяця в моїй статті буде детально описано, як озон вплинув на мій акваріум. А поки що,
1. Про характеристики генерації озону озонатором . Kikkawa, Takeshi, Imaizumi, Kazu. Mitsubishi Denki K. K., Японія. Kankyo Gijutsu (1978), 7(9), 859-67.
2. Кількісне дослідження утворення неорганічних хімічних речовин після коронного розряду – I. Утворення HNO2 та HNO 3 в контрольованій за складом вологій атмосфері. Пінар Ж., Смірдек М., Пінар М.-Е., Аарон Ж.-Ж., Бенмансур З., Гольдман М., Гольдман А. Лабораторія плазмово-хімічної атмосфери Паризького університету, Париж, фр. Атмосферне середовище (1996), 30(1), 129-32. Видавець: Elsevier.
3. Генератори озону: Чи можлива оцінка ефективності “від яблука до яблука”? Теффетеллер, Т. Журнал “Кондиціонування та очищення води” онлайн.