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.
Source: reefkeeping.com