Аквариумная химия: Самодельная двухкомпонентная система добавок для кальция и щелочности
Аквариумная химия: Самодельная двухкомпонентная система добавок для кальция и щелочности
В прошлом месяце я рассказал о чистоте нескольких марок хлорида кальция, включая относительно недорогой хлорид кальция Dowflake 77-80%, продающийся в Home Depot по цене около 12 долларов за 50 фунтов. В этом месяце я покажу, как использовать этот материал в качестве части недорогой самодельной двухкомпонентной добавки для кальция и щелочности. Единственные необходимые материалы – это хлорид кальция, пищевая сода (из продуктового магазина) и соли Эпсома (недорогие и доступные в большинстве аптечных магазинов).
Эта система добавок будет сбалансирована, так как равное добавление двух частей обеспечит кальций и щелочность примерно в том же соотношении, которое используется при кальцификации кораллов и коралловых водорослей. В этом смысле она такая же, как и коммерческие двухкомпонентные добавки. Одна часть – это хлорид кальция, растворенный в воде, а вторая – пищевая сода (либо запеченная перед использованием, либо нет), растворенная в воде. Этот баланс очень важен, поскольку в аквариуме с такой сбалансированной системой добавок вряд ли произойдут большие колебания кальция и щелочности, как это может случиться, если аквариумист, использующий независимые добавки, случайно передозирует одну из них по отношению к другой. Эта проблема удивительно распространена, и именно поэтому я написал статью о том, как решить проблемы с кальцием и щелочностью, и именно поэтому я описал только сбалансированные системы добавок различных типов в своей статье о том, как выбрать систему добавок для кальция и щелочности.
Третья” часть этой системы добавок представляет собой растворенные в воде соли Эпсома (гептагидрат сульфата магния), которые требуются лишь время от времени (возможно, добавляются раз в 1-2 месяца). Она служит для предотвращения значительного повышения уровня натрия и хлорида относительно других основных ионов, прежде всего магния и сульфата. Соль Эпсома можно купить в большинстве аптечных магазинов, но если вы не можете найти ее, вы можете купить ее в Интернете по цене $2,69 за 64 унции. Соль Эпсома, продаваемая в аптеках, обычно имеет маркировку USP, что означает Фармакопея США, и является гарантией того, что она пригодна для употребления людьми.
Основными ионами в морской воде, в порядке убывания концентрации, являются хлорид, натрий, сульфат, магний, кальций и калий. Использование этих рецептов предотвратит повышение концентрации хлорида (из хлорида кальция) и натрия (из пищевой соды) по отношению к магнию и сульфату. Предотвращение истощения магния особенно важно для поддержания соответствующего уровня кальция и щелочности в аквариумах, поэтому эта третья часть системы добавок может быть очень важной.
Это решение не является идеальным. Если коммерческие двухкомпонентные добавки составлены так, как они заявляют, с учетом соотношения всех остальных ионов, присутствующих в морской воде, то этот рецепт не так хорош, как те составы. Правильно ли сформулированы коммерческие добавки или нет, я не могу сказать. Преимущества рецептов, приведенных в этой статье, заключаются прежде всего в стоимости. Недостатком почти всех коммерческих двухкомпонентных систем добавок является то, что они довольно дороги для всех аквариумов, кроме самых маленьких. Эти рецепты решают проблему стоимости. Однако при использовании этих рецептов сульфат со временем немного повысится, а некоторые другие ионы, такие как бромид и фторид, могут со временем снизиться. Но этот рецепт лучше, чем хлорид кальция и пищевая сода (или коммерческие “буферы”), и я считаю, что он подходит для аквариумистов, для которых стоимость является существенным фактором.
Контраст рецептов
В этой статье я привожу два рецепта.
Рецепт №1 предназначен для использования в аквариумах с нормальным или низким уровнем pH. Он будет иметь эффект повышения рН за счет повышения рН щелочной части, как и большинство коммерческих двухкомпонентных добавок. Повышение, которое вы получите, будет зависеть от щелочности в вашем аквариуме и, конечно, от того, сколько вы добавите. Если вы добавите порядка 0,5 мэкв/л щелочи, то pH поднимется примерно на 0,15-0,35 единиц pH сразу после добавления (и выше на месте, прежде чем он успеет перемешаться во всем аквариуме).
Поэтому, если вы используете известковую воду (kalkwasser) и аквариум работает при pH 8,4 или выше, этот рецепт – не лучший выбор. В противном случае, скорее всего, это будет хороший вариант.
Рецепт №2 предназначен для использования в аквариумах, где pH находится на высокой стороне (выше 8,3 или около того). При первоначальном добавлении он будет иметь очень небольшой эффект понижения рН. Снижение, которое вы получите, будет зависеть от щелочности в вашем аквариуме, и, конечно, от того, сколько вы добавите. Если вы добавите порядка 0,5 мэкв/л щелочи, то сразу после добавления pH снизится примерно на 0,04 единицы pH. Позже рН может повыситься, если аквариуму будет позволено выпустить избыток CO2. Этот рецепт в два раза менее концентрированный, чем рецепт №1.
Рисунок 1. Кораллы, такие как этот Montipora capricornis в аквариуме Марка Левенсона, в процессе роста потребляют много кальция и щелочи.
Поэтому, если вы используете известковую воду (kalkwasser) и в аквариуме поддерживается pH 8,4 или выше, этот рецепт может быть лучшим выбором.
Рецепт №1
В этом рецепте вы готовите 3 исходных раствора. Два из них используются часто, а один – лишь изредка, для баланса.
Растворы можно смешивать и хранить в любой пластиковой или стеклянной емкости. Хорошим выбором могут стать пластиковые упаковки для молока объемом 1 галлон (обычно из HDPE, полиэтилена высокой плотности).
Часть 1: Кальциевая часть
Растворите 500 грамм (около 2 1/2 чашек) дигидрата хлорида кальция (например, Dowflake 77-80% хлорида кальция) в достаточном количестве воды для получения 1 галлона общего объема. Вы можете растворить его примерно в 1/2 галлона воды, а затем вылить в емкость объемом 1 галлон и наполнить до верха свежей водой. В этом растворе содержание кальция составляет около 37 000 частей на миллион.
Если вы используете безводный хлорид кальция (например, Kent’s Turbo Calcium или Peladow Calcium Chloride (марка, продаваемая компанией Dow, которая, по мнению некоторых, может быть просто обезвоженным эквивалентом Dowflake), то для рецепта вам следует использовать примерно на 20% (1/5) меньше твердого хлорида кальция. Обратите внимание, что при растворении безводного хлорида кальция раствор получится довольно горячим.
Часть 2: Щелочность
Насыпьте пищевую соду (594 грамма или около 2 1/4 стакана) на противень и нагрейте в обычной духовке при температуре 300 °F в течение 1 часа, чтобы выгнать воду и углекислый газ. Растворите оставшийся твердый осадок в достаточном количестве воды, чтобы получить в общей сложности 1 галлон. Для этого растворения может потребоваться довольно много перемешивания. Нагревание ускоряет процесс растворения. Этот раствор будет содержать около 1 900 мэкв/л щелочи (5 300 dKH). Я предпочитаю использовать в этом рецепте пищевую соду, а не стиральную соду, так как пищевая сода из продуктового магазина всегда имеет пищевой сорт, в то время как стиральная сода может не иметь таких же требований к чистоте. Бренд Arm & Hammer – отличный выбор.
Эти два раствора добавляются так часто, как это необходимо для поддержания кальция и щелочности. В некоторых аквариумах с легким и средним уровнем нагрузки ежедневное добавление может и не понадобиться, особенно для кальция. Тем не менее, если тестирование не показывает, что следует поступать иначе, добавляйте равные количества частей 1 и 2 в течение недели.
Часть 3: Сульфат магния
Растворите 64-унцевый контейнер соли Эпсома (около 8 чашек) в достаточном количестве очищенной пресной воды, чтобы общий объем составил 1 галлон. Этот раствор добавляется гораздо реже, чем два других. Каждый раз, когда вы заканчиваете добавлять галлон обеих частей рецепта №1, добавьте 610 мл (2 1/2 чашки) этого основного раствора. Вы можете добавить его сразу или со временем, по своему усмотрению, в зависимости от размера аквариума и его установки. Добавьте его в зону с высоким потоком воды, предпочтительно в поддон. В очень маленький аквариум или аквариум без поддона я бы посоветовал добавлять раствор медленно, особенно в первый раз, чтобы кораллы не пострадали от высокой концентрации магния, сульфатов или любых примесей в соли Эпсома. При первом добавлении можно добавить небольшую порцию и убедиться в отсутствии проблем, прежде чем добавлять остальное. Этот раствор содержит около 47 000 ppm магния и 187 000 ppm сульфата.
Рецепт №2
В этом рецепте вы готовите 3 исходных раствора. Два из них используются часто, а один – лишь изредка, для баланса.
Растворы можно смешивать и хранить в любой пластиковой или стеклянной емкости. Хорошим выбором могут стать пластиковые 1-галлоновые коробки из-под молока (обычно из HDPE, полиэтилена высокой плотности).
Часть 1: Кальциевая часть
Растворите 250 грамм (около 1 1/4 стакана) дигидрата хлорида кальция (например, Dowflake 77-80% хлорида кальция) в достаточном количестве воды, чтобы общий объем составил 1 галлон. Вы можете растворить его примерно в 1/2 галлона воды, а затем вылить в емкость объемом 1 галлон и наполнить до верха свежей водой. В этом растворе содержится около 18 500 частей кальция на миллион.
Если вы используете безводный хлорид кальция (например, Kent’s Turbo Calcium или Peladow Calcium Chloride (марка, продаваемая компанией Dow, которая, по мнению некоторых, может быть просто обезвоженным эквивалентом Dowflake), то для рецепта вам следует использовать примерно на 20% (1/5) меньше твердого хлорида кальция. Обратите внимание, что при растворении безводного хлорида кальция раствор получится довольно горячим.
Часть 2: Щелочность
Растворите 297 граммов пищевой соды (около 1 1/8 стакана) в достаточном количестве воды, чтобы получить 1 галлон. Для этого растворения может потребоваться изрядное количество перемешивания. Нагревание ускоряет процесс растворения. Этот раствор будет содержать около 950 мэкв/л щелочности (2660 dKH). Марка Arm & Hammer – отличный выбор марки пищевой соды.
Эти два раствора добавляются так часто, как это необходимо для поддержания кальция и щелочности. В некоторых аквариумах с легким и средним уровнем нагрузки ежедневное добавление может и не понадобиться, особенно для кальция. Тем не менее, если тестирование не показывает, что следует поступать иначе, добавляйте равные количества частей 1 и 2 в течение недели.
Часть 3: Сульфат магния
Растворите 64-унцевый контейнер соли Эпсома (около 8 чашек) в достаточном количестве очищенной пресной воды, чтобы общий объем составил 1 галлон. Этот раствор добавляется гораздо реже, чем два других. Каждый раз, когда вы заканчиваете добавлять галлон обеих частей рецепта №1, добавьте 305 мл (1 1/4 чашки) этого основного раствора. Вы можете добавить его сразу или со временем, по своему усмотрению, в зависимости от размера аквариума и его установки. Добавьте его в зону с высоким потоком воды, предпочтительно в поддон. В очень маленький аквариум или аквариум без поддона я бы посоветовал добавлять раствор медленно, особенно в первый раз, чтобы кораллы не пострадали от высокой концентрации магния, сульфатов или любых примесей в соли Эпсома. При первом добавлении можно добавить небольшую порцию и убедиться в отсутствии проблем, прежде чем добавлять остальное. Этот раствор содержит около 47 000 ppm магния и 187 000 ppm сульфата.
Рациональные расчеты для рецептов
Рациональный расчет показан ниже для рецепта 1. Рациональный расчет для рецепта 2 такой же, за исключением того, что все делится на 2 и не происходит запекания пищевой соды. Этот раздел предназначен для тех, кто хочет узнать, как придуман рецепт, беспокоится, что в нем может быть ошибка, или хочет немного изменить его. Нет необходимости читать следующий раздел, если все, что вы хотите сделать, это использовать его.
Предполагается, что материал Dowflake содержит 77-80% хлорида кальция. Согласно информации с веб-сайта Dow Flake, его насыпная плотность составляет 0,82-0,96 г/сухой мл, или 194-227 грамм/уровень мерного стакана. Мы предположим, что хлорид кальция составляет 78,5% по весу и весит 200 грамм на мерный стакан. Поскольку кальций составляет 36% хлорида кальция по весу, в каждом стакане содержится 200 x 0,785 x 0,36 = 56,5 грамм кальция.
Следовательно, при растворении 2 1/2 чашек (500 г) Dowflake на галлон = 141 грамм кальция на галлон, или 37 300 мг/л. Конечная концентрация будет зависеть от того, сколько влаги было в хлориде кальция и насколько хорошо он был упакован в мерный стакан. Концентрация кальция 37 300 ppm эквивалентна 0,93 моля.
Когда происходит кальцификация, на каждый 1 моль кальция приходится 2 моля щелочи. Таким образом, нам нужно соотнести указанное количество кальция с 1,86 моль эквивалента пищевой соды (бикарбоната натрия) (до или после выпечки, выпечка не изменяет щелочность). Как я измеряю, пищевая сода Arm & Hammer весит около 264 грамм на мерный стакан. Поскольку бикарбонат натрия имеет молекулярную массу 84 г/моль, нам нужно растворить 1,86 x 84 = 156 грамм/л, или около 594 грамм (2 1/4 мерных стакана) пищевой соды на галлон. Обратите внимание, что не имеет значения, сколько граммов пищевой соды превратится в 594 грамма при выпечке. Все, что вы делаете, это изменяете количество углекислого газа в пищевой соде:
Большее или меньшее количество пекарской соды изменит только повышение pH при добавлении в аквариум. Однако значительное недопекание может сделать невозможным полное растворение твердого материала в рецепте, поскольку бикарбонат натрия менее растворим, чем карбонат натрия (и именно поэтому рецепт № 2 более разбавлен).
Когда вы добавите 1 галлон каждой из этих добавок, останется остаток ионов, оставшихся после кальцификации. В основном это натрий и хлорид, и количество этих двух добавок одинаково в цифрах (например, молях), но немного отличается в весовых концентрациях, таких как ppm, поскольку они весят по-разному.
После добавления 594 граммов пищевой соды (1 галлон рецепта №1) мы добавим 163 грамма натрия. В природной морской воде магний присутствует в концентрации около 12,0% от концентрации натрия (по весу). Для того чтобы уравнять добавки магния с добавками натрия и оставить их в естественном соотношении, нам нужно добавить 12% от 163 граммов, или 19,5 граммов магния на каждый галлон двухкомпонентной добавки, которую мы добавляем.
После добавления 500 граммов хлорида кальция Dowflake (1 галлон рецепта №1), мы добавим 250 граммов хлорида. В природной морской воде магний присутствует примерно в 6,7% от концентрации хлоридов (по весу). Чтобы соотнести добавки магния с добавками хлоридов и оставить их в естественном соотношении, нам нужно добавить 6,7% от 250 граммов, или 16,5 граммов магния на каждый галлон двухкомпонентной добавки, которую мы добавляем.
Кроме того, мы можем учесть магний, который фактически входит в скелеты кораллов. Для данного расчета я предположил, что количество включенного магния составляет около 6,5% от уровня кальция (по весу), или около 2,5% от веса скелета. В процессе добавления этого галлона обеих частей двухкомпонентной добавки мы добавили 141 грамм кальция, поэтому нам нужно добавить 0,065 x 141 = 9 грамм магния, чтобы учесть это отложение.
Таким образом, мы должны решить, хотим ли мы соотнести магний с натрием, или с хлоридом, или со средним значением между ними, или с чем-то еще? Чтобы не допустить истощения магния, я выбрал самый консервативный вариант и добавил достаточно магния, чтобы он не истощался относительно натрия, а затем немного повысился относительно хлорида. Вы, конечно, можете добавить больше или меньше Части 3 по своему усмотрению, или так, как вы определите необходимость, основываясь на измерениях магния.
Поскольку наша магниевая добавка содержит 47 000 мг/л магния, нам нужно добавить (9 +19,5) грамм / 47 г/л = 610 мл раствора магния.
Если бы мы хотели уравновесить сульфат (против натрия), а не магний (против натрия), мы бы добавили меньше раствора сульфата магния. В этом случае, используя ту же математику, мы добавим 220 мл вместо 610 мл (для баланса сульфата и натрия). Поскольку меня меньше беспокоит повышенный уровень сульфатов, чем истощение магния, я решил использовать полную дозу, поддерживающую уровень магния. Однако, если вы решили добавлять магний другими способами или вас больше беспокоит сульфат, чем магний, вы можете использовать меньшую дозу раствора сульфата магния.
Интересно, что калий, присутствующий в качестве примеси в Dowflake, работает в нашу пользу. Он присутствует в количестве 3600 ppm в растворах, которые я использовал для тестирования в предыдущей статье. В тех же растворах уровень кальция составляет около 100 000 ppm, а хлорида – около 177 000 ppm. Таким образом, в остатке 3600 ppm кальция на каждые 177 000 ppm хлорида, что дает соотношение K + /Cl – 0,0203 по весу. Морская вода содержит 400 ppm калия и 19 350 ppm хлорида, что составляет соотношение K + /Cl – 0,0207 по весу. Таким образом, формула достаточно хорошо сбалансирована по калию (при условии, что в пищевой соде или соли Эпсома нет избытка калия).
Остатки, оставшиеся от рецепта №1
После 1 года добавления 8 ppm кальция и сопутствующих 0,4 мэкв/л (1,1 dKH) щелочи в день (41 мл обеих частей в день или 4 галлона обеих частей в год в 50-галлонном аквариуме; включая эффект раствора сульфата магния, 2440 мл/год), после кальцификации и корректировки солености останутся следующие остатки (при такой скорости добавления без подмены воды соленость за год увеличится примерно на 29%):
| Элемент | Концентрация морской воды | Конечная концентрация в резервуаре (с солями Эпсома) | Конечная концентрация в резервуаре (без солей Эпсома) |
|---|---|---|---|
| Хлорид | 19,350 | 19,030 | 19,030 |
| Натрий | 10,760 | 11,010 | 11,010 |
| Сульфат | 2,710 | 3970 | 2100 |
| Магний | 1,290 | 1322 | 850 |
| Кальций | 420 | 420 (предполагается) | 420 (предполагается) |
| Калий | 400 | 401 | 401 |
Обратите внимание, что если бы был найден недорогой источник хлорида магния подходящего качества, эти рецепты можно было бы усовершенствовать так, чтобы сульфат вообще не поднимался. К сожалению, я не нашел такого источника.
Резюме
Эта недорогая двухкомпонентная система добавок должна быть полезна аквариумистам, которые хотят использовать двухкомпонентные добавки, но их отпугивает стоимость коммерческих систем.
Если вы используете эту систему, обязательно проверяйте показатели кальция и щелочности в течение долгого времени, даже после того, как вы установили режим работы, который, похоже, выполняет свою работу. Из-за неопределенности в количестве влаги в этих продуктах при покупке и в количестве, которое вы фактически отмеряете, система может быть не совсем сбалансирована, и может произойти медленный дрейф в сторону повышенного кальция или повышенной щелочности.
Измерение магния время от времени также может быть хорошим шагом, на случай, если он расходуется быстрее или меньше, чем ожидалось.
Удачи и счастливого рифинга
Source: reefs.com