Зміни води в рифових акваріумах від Ренді Холмс-Фарлі.
Без кейворду
Підміни води в рифових акваріумах
Підміна води – це, за визначенням, акт заміни частини акваріумної води на “нову” воду. З різних причин способи їх проведення та їх важливість є предметом певних дискусій та плутанини у світі рифових акваріумів. Багато акваріумістів виконують їх інтенсивно, а інші ніколи не роблять цього. Для тих, хто це робить, причини різні, а іноді навіть суперечать одна одній; наприклад, поповнення “мікроелементів” та вивезення накопичених “домішок”, причому ідентичність цих двох процесів незрозуміла і, можливо, перетинається.
Значна частина плутанини щодо зміни води безпосередньо випливає з невизначеності щодо трьох речей:
1. Що знаходиться в існуючій акваріумній воді. 2. Що знаходиться в новій акваріумній воді. 3. Які рівні є оптимальними для різних видів.
Хоча деякі автори намагалися більш чітко відповісти на ці три питання (посилання на які наведені в посиланнях), питання дійсно дуже складні. На жаль, ця стаття не допоможе прояснити ці питання.
Однак, ця стаття дає чітке розуміння того, чого можна досягти за рахунок зміни води. Використовуючи відомі або розраховані швидкості додавання та виснаження різноманітних хімічних речовин у морській воді, можна легко змоделювати наслідки зміни води. Вплив змін води на кальцій, лужність, магній, нітрати і сульфати, наприклад, показано графічно. У деяких випадках ці приклади також слугують вказівками щодо того, що відбувається з іншими іонами, які не були змодельовані, але які можуть збільшуватися або зменшуватися подібним чином. Наприклад, контроль накопичення нітратів при зміні води і без неї може також показати, який вплив зміна води має на інші накопичувані загальні хімічні речовини, такі як фосфати, органічні речовини, важкі метали та інші матеріали.
Кількість води, яку необхідно підмінити, повністю залежить від бажаного результату підміни води. Якщо це зменшення випадково доданого токсину, масові, негайні та багаторазові підміни води можуть бути доречними. Якщо це потрібно для підтримки кальцію та лужності, можуть знадобитися великі щоденні підміни води. Якщо це потрібно для того, щоб повільно додані або виснажені іони (наприклад, магній або стронцій) не відходили від “нормального” рівня, тоді можуть бути адекватними менші підміни.
Попередні статті про підміни води “показали”, що невеликі підміни води не є корисними, а іноді створюється враження, що навіть багато невеликих підмін води не приносять користі. Серед багатьох рифових акваріумістів також “загальновідомо”, що безперервні підміни води (коли вода додається і видаляється одночасно, зазвичай за допомогою автоматичної помпи) не дуже корисні, “тому що при цьому видаляється частина нової води, яка щойно була додана”. Як я покажу, ці припущення не витримують аналізу для типових сценаріїв заміни води. Отже, незалежно від того, чи хочете ви підмінити багато води, чи лише трохи, і чи робите ви це постійно, щодня або лише зрідка, акваріумістам доступно більше варіантів підміни води, ніж багато хто може собі уявити. Ці розширені можливості можуть дозволити зайнятим акваріумістам витрачати час на інші важливі справи і менше часу на підміну води, досягаючи при цьому тих самих цілей.
Ця стаття поділена на наступні розділи:
- Вступ
- Що можна досягти за допомогою підмін води
- Щомісячні підміни води: Приклад нітратів
- Розмір змін води: Загальний випадок
- Величина зміни води: Приклад з нітратами
- Підміни води, щоб додати щось: магній
- Підміни води, щоб додати щось: кальцій та лужність
- Дуже великі підміни води підтримують кальцій та лужність
- Підміна води для виснаження чогось: сульфат із саморобної двокомпонентної добавки
- Як проводити підміни води
- Великі підміни води
- Невеликі періодичні підміни води
- Безперервні підміни води
Чого можна досягти за допомогою підмін води
Заміна води, як правило, може досягти двох цілей. Це такі:
- Підвищити концентрацію виснаженого “чогось”, що знаходиться в більш високій концентрації в новій воді
- Зменшити концентрацію підвищеного “чогось”, що знаходиться в нижчій концентрації в новій воді.
Залежно від того, що додається, в рифових акваріумах можуть накопичуватися різноманітні матеріали. При додаванні кальцію, лугу та магнію ці накопичувальні речовини можуть включати хлорид, сульфат, натрій та безліч неорганічних, а в деяких випадках і органічних домішок, що містяться в добавках. З продуктів харчування можуть накопичуватися певні метали (наприклад, мідь), а також сполуки азоту та фосфору (наприклад, нітрати та фосфати). Вода для підливання може містити різноманітні неорганічні та органічні сполуки і може бути великим джерелом певних іонів (кремнезему, міді тощо), якщо її не очищати. Навіть діяльність самих мешканців акваріума може спричинити накопичення різних матеріалів, таких як органічні сполуки (токсини, побічні продукти метаболізму тощо).
Деякі з цих домішок можуть бути добре видалені іншими механізмами, а деякі можуть бути добре видалені тільки підміною води. Наприклад, накопиченню хлоридів або сульфатів нелегко протистояти будь-якими засобами, окрім підміни води (хоча пристрої типу діалізу теоретично можуть виконати це завдання).
Акваріумісти також часто покладаються на підміни води для додавання іонів, які виснажуються з акваріума. Магній є поширеним прикладом; стронцій може бути іншим. Багато акваріумістів говорять про додавання мікроелементів, але в багатьох випадках незрозуміло, чи містить нова солона вода більше або менше мікроелементів у кожній з їх різноманітних форм (наприклад, залізо).
У певному сенсі, якщо акваріуміста влаштовує те, що міститься в використовуваній солоній воді, то не має значення, чи містить вона якийсь конкретний матеріал у вищій або нижчій концентрації, ніж в акваріумі, тому що заміна води потягне його в бік нової води. Звичайно, розмір ефекту буде повністю залежати від того, наскільки нова вода відрізняється від старої, і яка частина води в акваріумі була змінена.
Не будучи надто переконливим прихильником підмін води без достатньої кількості достовірної інформації щодо трьох питань, перерахованих у вступі (тобто, що присутнє в новій і старій воді, і що є оптимальним), я стверджую, що я вірю в те, що підміни води корисні. Я не вважаю, що вони є найкориснішим способом зменшення нітратів або фосфатів (хоча це набагато краще, ніж нічого, як показано нижче), але вони є хорошим способом зменшення органічних речовин, які не можуть бути легко знежирені або зв’язані з активованим вугіллям. Підміна води також допомагає виводити надлишкові метали, які накопичуються з часом. Наприклад, вміст міді в моєму акваріумі вищий, ніж у сольовій суміші, яку я використовую (Instant Ocean). Нарешті, підміни води допомагають підтримувати основні іони у відповідних співвідношеннях, незважаючи на перекоси, які можуть виникати під впливом продуктів харчування, добавок та процесів осадження, таких як кальцифікація (деякі з яких змодельовані нижче).
У наступних розділах конкретно розглядається, як зміни води різних типів і розмірів можуть впливати на ці різні цілі.
Щомісячні періодичні зміни води: Приклад з нітратами
Найпростіший для аналізу метод підміни води також є поширеною практикою: прості періодичні підміни води, що проводяться приблизно раз на місяць. При цьому методі з акваріума видаляється певна кількість води, яка швидко замінюється новою. У цього методу є недоліки, які обговорюються в резюме (наприклад, узгодження температури, коли зміна перевищує 5-10%), але це метод, який використовується більшістю акваріумістів.
Рисунок 1 моделює виснаження домішки, присутньої у воді акваріума, за умови, що інші домішки не додаються. Ми можемо думати про це як про відсоток від початкової домішки, або як про проміле нітратів з нульовим рівнем 100 проміле в перший день, щоб розглянути конкретний випадок. Аналіз є абсолютно однаковим незалежно від того, що це за речовина, якщо ми припустимо, що протягом року вона не додається і не утворюється в акваріумі. Порівнюються чотири різні сценарії підміни води: кожні 30 днів проводиться одноразова підміна води на 0%, 7,5%, 15% і 30%. Цей діапазон був обраний для того, щоб охопити значення, які використовує більшість акваріумістів, хоча деякі з них можуть використовувати трохи більші або частіші підміни. Модель дуже проста: кожні 30 днів концентрація нітратів розбавляється підміною води. Наприклад, у випадку 15% підміни, концентрація множиться на 0,85.
Рисунок 1. Концентрація нітратів як функція часу при підмінах води 0% (без змін), 7,5%, 15% та 30% від загального об’єму щомісяця. У цьому прикладі нітрати присутні на рівні 100 ppm на початку і не додаються і не зменшуються протягом року, за винятком підмін води. Вісь y можна також розглядати як відсоток від початкової концентрації, що залишився для будь-якого матеріалу, який не додається або не виводиться з води, окрім як через заміну води.
З рисунку 1 видно, що чим більша заміна води, тим швидше знижується вміст нітратів. Однак ця модель обмежена в своїй корисності, оскільки багато домішок накопичуються в той самий час, коли вони зменшуються при підміні води.
На рисунку 2 показана подібна модель, де нітрати починаються з 0 проміле, а потім дозволяється накопичуватися на 0,1 проміле в день (наближені значення, що потенційно зустрічаються в типових рифових акваріумах, де протягом декількох місяців нітрати можуть накопичуватися до 5-10 проміле). Ця модель досить добре описує те, що може відбуватися в рифовому акваріумі, де початкова концентрація нітратів дорівнює нулю проміле.
Рисунок 2. Концентрація нітратів як функція часу при підмінах води 0% (без змін), 7,5%, 15% і 30% від загального об’єму щомісяця. У цьому прикладі нітрати присутні на рівні 0 ppm на початку, і накопичуються зі швидкістю 0,1 ppm на добу, коли вода не змінюється.
На рисунку 3 показана гібридна модель, де рівень нітратів спочатку високий (100 ppm), і їм дозволяється накопичуватися з тією ж швидкістю, що і на рисунку 2 (0,1 ppm в день). У цьому випадку стає очевидним, що підміна води може ефективно обмежити концентрацію нітратів. Імовірно, саме така ситуація є рушійною силою підмін води в багатьох акваріумах з рибами, де накопичення нітратів є основною проблемою, де інші методи виведення азоту використовуються не так часто, як в рифових акваріумах, і де особливо низькі рівні нітратів можуть бути не такими критичними, як в рифових акваріумах. Очевидно, що більші підміни води набагато ефективніші, ніж менші підміни при фіксованій кількості таких підмін. Зміна води на 30% на місяць дає концентрацію нітратів лише 9 проміле через рік, тоді як щомісячна зміна на 7,5% дає концентрацію нітратів 64 проміле через рік.
Рисунок 3. Концентрація нітратів в залежності від часу при проведенні підмін води 0% (без змін), 7,5%, 15% та 30% від загального об’єму щомісяця. В даному прикладі нітрати присутні на рівні 100 ppm на старті, і накопичуються зі швидкістю 0,1 ppm на добу, коли вода не підмінюється.
Саме такий аналіз, на жаль, змусив деяких акваріумістів зробити висновок, що менші підміни води не дуже корисні. Так, фіксована кількість малих підмін води не настільки корисна, як фіксована кількість великих підмін води. Але немає ніяких причин, чому кількість підмін повинна бути фіксованою. У наступних розділах детально описано, як менші підміни з однаковим загальним об’ємом нової води майже так само ефективні, як і більші.
Величина змін води: Загальний випадок
Як показано в попередньому розділі, фіксована кількість малих підмін води не настільки корисна, як фіксована кількість великих підмін води. Однак для акваріуміста, який хоче робити підміни води, рішення про те, як підмінювати воду, не повинно ґрунтуватися лише на цьому аналізі. Висновок такого аналізу буде іншим, якщо припустити, що акваріуміст має фіксований об’єм води для підмін, і лише вирішує, як це зробити.
Наприклад, маючи 100-галонний акваріум і маючи на меті підмінювати 30 галонів щомісяця, можна розглянути можливість підмінювати 30 галонів один раз, 15 галонів двічі, 10 галонів тричі, 5 галонів шість разів або 1 галон 30 разів. У крайньому випадку, ми можемо уявити собі зміну нескінченно малої кількості води нескінченно велику кількість разів, зрештою споживаючи всі 30 галонів (я насправді роблю це в своєму акваріумі, як я поясню).
Акваріумісти часто думають, що багато маленьких змін не настільки ефективні, як одна велика зміна, оскільки частина води в усіх наступних змінах вже була замінена попередніми змінами. Це правильне твердження, але його часто перебільшують. Після зміни 10% тричі, лише 10% від перших 10% змін було змінено вдруге (1% від загальної кількості). Тобто різниця невелика. Математично порахувати ефективність таких змін можна наступним чином. Якщо ми використовуємо наш приклад з 30%, то одна 30% зміна видаляє 30% домішок, припускаючи рівномірний розподіл домішок у воді. Якщо зробити шість 5% змін, то зменшення домішок = 1-(0,95) 6 = 26,5%. Так, це менш ефективно (шість 5% змін точно дорівнюють 26,5% змін в одній партії), але це не радикально менш ефективно. Якщо зменшити ще менше, то різниця буде ще меншою. Здійснення 30 однопроцентних змін видаляє 1-(0,99) 30 = 26,0% домішок.
Екстремальний випадок нескінченно малих змін води, що здійснюються нескінченно велику кількість разів, апроксимується безперервними змінами води, при яких вода додається точно з такою ж швидкістю, з якою вона видаляється. Деталі того, як це зробити механічно, описані нижче. Цей випадок є стандартним прикладом у підручниках з математики (зокрема, з диференціальних рівнянь). Припускаючи, що вода в акваріумі добре перемішується, при зміні води залишок домішок визначається за формулою
де I – кількість наявних домішок, I o кількість домішок в нульовий момент часу, e – константа 2,71828, C – кількість зміненої води, T – загальний об’єм акваріума. Отже, для 30 галонів, змінених таким чином в 100-галонному резервуарі, кількість домішок, що залишилася, в 0,74 рази перевищує I o або зменшення на 25,92%.
У таблиці нижче порівнюються ці результати для 30% зміни води, зробленої за допомогою різної кількості менших змін. Очевидно, що єдина 30% підміна трохи краща за інші (70% проти 72-74% початкових домішок, що залишилися), але різниця досить невелика, а різниця між іншими підмінами за ефективністю тривіальна.
Source: reefkeeping.com