Озон и рифовый аквариум, часть 2: оборудование и безопасность
Озон часто используется рифовыми аквариумистами для “очистки” воды. Для большинства аквариумистов это означает сделать воду прозрачнее, и во многих случаях это действительно так. Однако как оптимально выполнить эту задачу без риска для здоровья обитателей аквариума или самого аквариумиста, не всегда очевидно. Эта статья является второй в серии статей, посвященных озону и его использованию в рифовых аквариумах:
Озон и рифовый аквариум, часть 1: Химия и биохимия Озон и рифовый аквариум, часть 2: Оборудование и безопасность Озон и рифовый аквариум, часть 3: Изменения в рифовом аквариуме после включения озона
В первой статье цикла подробно рассказывалось о том, что такое озон и как он реагирует с морской водой. Она также связывала предполагаемые преимущества озона с реальными химическими и биохимическими изменениями, которые он может вызвать. В некотором смысле, она обеспечила механистическую основу для понимания того, почему озон делает то, что он делает, и помогла аквариумистам понять его ограничения.
Эта вторая статья основывается на этих принципах, используя механистическую информацию о реакциях озона для обсуждения того, как его лучше использовать в инженерном смысле.
Разделы:
Введение
Поток воздуха
Осушение воздуха
Обратный клапан воздушного потока
Генераторы озона: Теория электрического разряда
Генераторы озона: Теория ультрафиолетового излучения
Генераторы озона: Практическая информация
Озоновая реакционная камера: Скиммеры
Озоновая реакционная камера: Коммерческие реакторы и DIY
Озоновая реакционная камера: Трубчатый реактор
Озоновая реакционная камера: Подходящие материалы
Безопасность озона для человека: Фон
Безопасность озона для человека: GAC для воздушного эффлюента
Безопасность озона для аквариума: GAC для водных стоков
Безопасность озона для аквариума: Мониторинг и контроль ОВП
Резюме
Ссылки
На рис. 1 показана схема того, как озон обычно используется в рифовом аквариуме. Некоторые из этих этапов могут быть исключены в конкретных случаях, но аквариумисты должны понимать, что при этом они могут использовать не оптимальные процедуры. В последующих разделах данной статьи эти этапы рассматриваются по очереди, подробно объясняется, почему каждый из них важен, как они выполняются и какие ограничения существуют для безопасного и эффективного использования озона.
Рисунок 1. Схема использования озона в типичной рифовой аквариумной системе.
Процесс начинается с источника воздуха, обычно это обычный аквариумный воздушный насос. Воздух часто пропускается через осушитель, где используется гигроскопичный материал, такой как кремнезем, который удаляет большую часть воды из воздуха; это называется осушителем воздуха. После выхода из осушителя и прохождения через воздушный обратный клапан для предотвращения попадания воды обратно в систему, воздух поступает в сам генератор озона. Предварительное осушение воздуха повышает эффективность работы озонатора.
После того как насыщенный озоном воздух выходит из озонатора, он направляется в смесительную камеру, где аквариумная вода и газ хорошо перемешиваются и находятся в контакте по крайней мере несколько секунд. Аквариумисты часто используют для этих целей скиммеры или специально изготовленные озоновые реакторы. Выбор подходящих материалов для этих устройств является проблемой, поскольку озон может разрушать некоторые виды пластика, резины и трубок.
Внутри контактной камеры озон вступает в реакцию со многими различными химическими веществами, содержащимися в морской воде. Большинство преимуществ, которые дает использование озона, должно происходить в этой камере. В ней, например, вода становится “чище”, поскольку определенные светопоглощающие пигменты в растворенных и твердых органических молекулах разрушаются, как правило, путем окисления.
Однако не все продукты реакции озона с аквариумной водой полезны. Вода, выходящая из контактной камеры, оптимально проходит через активированный уголь, достаточный для удаления оставшихся окислителей, произведенных озоном. Уголь расщепляет большинство этих потенциально опасных окислителей до того, как они попадут в аквариум. Воздух, выходящий из реактора, также содержит озон, и его также лучше всего пропускать через активированный уголь, чтобы уменьшить опасения по поводу токсичности озона в воздухе.
Чтобы убедиться, что в аквариум не попадает слишком много озона или его побочных продуктов, аквариумисты следят за ОВП аквариумной воды. Для тех аквариумистов, которые используют небольшое количество озона, контроля может быть достаточно. Для тех аквариумистов, которые используют большое количество озона, может быть важен контроллер ОВП. Он может использоваться для отключения озона, если ОВП поднимается выше заданной точки (эта точка является либо точкой аварийного отключения, которая редко, если вообще достигается, либо целевым ОВП, когда генератор работает только часть времени и только тогда, когда контроллер ОВП говорит, что ОВП нужно поднять до заданной точки).
В большинстве озонаторов, используемых рифовыми аквариумистами, в качестве исходного источника воздуха используется воздушный насос. Хотя некоторые устройства (например, Enaly) сочетают воздушный насос с генератором озона, это не является обычной схемой. Можно также использовать воздух под давлением в баллоне или баллоне с насосом, или даже чистый кислород, но из-за дополнительных расходов эти методы вряд ли будут использоваться большинством любителей. Единственная ситуация, когда аквариумисты могут не использовать воздушный насос, это если смесь воздуха и озона всасывается через озонатор в вентури – обычное устройство на многих скиммерах, которое позволяет ей затем попасть в какую-либо реакционную камеру. В целом, это не самое распространенное применение, так как осушитель воздуха может создать слишком большое противодавление, чтобы вентури мог адекватно всасывать достаточное количество воздуха.
Сколько воздуха достаточно? К счастью, это не имеет большого значения. Sanders, давний производитель озонового оборудования для аквариумистов, на своем сайте указывает, что поток воздуха должен составлять 50-500 литров в час для озонаторов, производящих от 2 до 300 мг озона в час. Более крупные устройства, производящие до 2000 мг озона в час, требуют расхода воздуха от 100 до 1000 литров в час. Имейте в виду, что если воздух направляется в реакционную камеру под давлением (в отличие от скиммера) или даже через осушительную трубку, значительное противодавление может снизить поток воздуха значительно ниже номинального максимума для аквариумного воздушного насоса.
Научные исследования показали, что поток воздуха через генераторы озона с коронным разрядом не оказывает существенного влияния на производство озона, если только поток не является достаточно медленным, чтобы озон, произведенный внутри генератора, не улетучился прежде, чем он успеет разрушиться под действием реактивных видов в коронном разряде (обсуждается ниже). Одна группа1 подогнала свои результаты к уравнению, показанному ниже:
где X – концентрация озона на выходе генератора озона в единицах, таких как мг/л, “a” – константа, относящаяся к мощности устройства, F – скорость потока и X o это максимальная концентрация озона при низком расходе. Влияние скорости потока на концентрацию озона показано на рисунке 2. Однако следует отметить, что даже если концентрация озона ниже при более высокой скорости потока, общее количество производимого озона не уменьшается. Чтобы определить скорость производства озона (в таких единицах, как мг/час), необходимо умножить концентрацию озона в производимом воздухе на скорость потока воздуха (F):
Влияние скорости потока на общий выход озона также показано на рисунке 2. Обратите внимание, что он неуклонно растет с увеличением скорости потока. Этот эффект легко понять. Более высокий поток удаляет только что произведенный озон, прежде чем он успевает разрушиться внутри генератора, и заменяет его свежим воздухом, содержащим O 2 , который затем готов производить больше озона. К сожалению, я не знаю, где именно на таких кривых зависимости скорости потока от производства озона находятся типичные коммерческие генераторы озона для аквариумов (и следуют ли они вообще такой же зависимости). Компания Sander показывает на своем веб-сайте аналогичные данные для своих озонаторов с расходом воздуха от 0 до 600 литров в час. Расход воздуха, необходимый для достижения максимального общего производства озона, зависит от устройства, но во всех случаях он составляет более 50 литров в час, а для больших устройств – более 300 литров в час. Я не знаю, какие скорости потока используют все компании, чтобы установить спецификации мг O 3 /час, о которых говорится в литературе по продажам, и соответствуют ли используемые скорости потока тем рекомендациям, которые они дают аквариумистам, использующим эти устройства. Подобные проблемы уже отмечались в литературе 2, где трудно сравнивать коммерческие генераторы озона, не зная скорости потока, которая использовалась при расчетах.
Рисунок 2. Взаимосвязь между расходом воздуха и полученной концентрацией озона (черный) и общим количеством произведенного озона (красный) для типичного генератора озона с коронным разрядом.
Обратите внимание, что даже если коммерческие генераторы озона, используемые аквариумистами, производят фиксированное количество озона в единицу времени, концентрация в проходящем через них воздухе будет уменьшаться по мере увеличения скорости потока.
В целом, соображения относительно скорости потока воздуха следующие:
1. Более высокая скорость потока может означать более высокую общую выработку O 3 производство, максимизируя эффективность генератора озона.
2. Более высокая скорость потока означает более низкую концентрацию O 3 в воздухе. Это снижение может привести к уменьшению переноса озона в воду (поскольку равновесное количество, поступающее в воду, зависит от концентрации O 3 в воздухе). Большие объемы воздуха могут также повлиять на то, какой тип контактной камеры требуется для воздействия воздуха на воду в резервуаре. Большинство из них может выдержать только определенное количество воздуха, прежде чем выйдет из строя, или, по крайней мере, уменьшится количество воды в ней или скорость оборота воздуха.
3. При более высокой скорости потока обычным осушительным трубкам может быть сложнее адекватно удалить влагу из воздуха, прежде чем он попадет в озонатор. Более высокая скорость потока также потребует более частого обновления осушающего агента.
Более подробные советы будут даны в конце статьи, но мои советы относительно расхода воздуха следующие:
1. Подберите воздушный насос так, чтобы он находился в диапазоне скоростей потока, рекомендованных производителем генератора озона, а также, возможно, используемой контактной камеры. Возможно, используйте воздушный насос с переменным расходом, чтобы его можно было регулировать во время работы.
2. Используйте воздушный насос, способный выдерживать обратное давление. Насколько важен этот аспект, будет зависеть от характера давления внутри контактной камеры (следующий раздел).
3. Как только система начнет работать, поток воздуха и другие параметры могут быть отрегулированы для достижения максимальной производительности. ОВП в аквариуме – один из простых, хотя и медленных, способов оценки производительности. Концентрация озона в воде, выходящей из контактной камеры, но перед GAC, может быть хорошим индикатором. Для обнаружения озона и его побочных продуктов в морской воде можно использовать набор для определения хлора или озона, поскольку эти соединения вступают в реакцию с реагентом в стандартном наборе для определения хлора. При использовании набора для определения хлора Hach CN-70 (в соответствии с указаниями для свободного или общего хлора) я обнаружил экспериментальные значения от 0,02 до 0,5 ppm “эквивалентов хлора” в различных установках, которые я пробовал, а не только варьируя поток воздуха). Поскольку такие наборы (которые основаны на методе под названием DPD или DDPD) определяют множество различных высокоокисляемых видов (гипобромит, озон и т.д.), следует помнить, что это не показатель только общего количества оставшегося свободного озона. Тем не менее, принято указывать все эти высокоокисляющие виды как одно химическое вещество (если в опубликованном исследовании не указано иное). Единицами измерения могут быть эквиваленты хлора или эквиваленты озона, при этом 1 ppm эквивалента хлора равен 0,7 ppm эквивалента озона (это значение просто представляет собой отношение молекулярной массы O 3 (48 г/моль) к молекулярной массе Cl 2 (70,9 г/моль). Обратите внимание, что метод тестирования с использованием индиго-синего (трисульфонат индиго) тестирует только озон, а не побочные продукты, поэтому не выбирайте этот метод, если вам не нужны измерения только озона.
ОВП стоков контактной камеры также может быть полезным показателем (мой обычно находится в верхних 600 мВ). Во всех случаях, чем выше озон или ОВП, тем эффективнее используется озон (по крайней мере, когда скорость потока воды через реакционную камеру приблизительно постоянна).
Генераторы озона, использующие коронный разряд, работают наиболее эффективно, когда поступающий в них воздух сухой. Хотя точная зависимость между влажностью и скоростью производства озона зависит от конструкции генератора, большинство производителей коммерческих генераторов озона (например, O3ozone, Ozone Solutions и Lenntech) показывают графики зависимости производства озона от влажности, которые выглядят примерно как на рисунке 3. Многие аквариумисты знают эмпирическое правило, что эффективность выработки озона падает примерно в два раза между высушенным и невысушенным воздухом, и Sander делает аналогичное утверждение для своих озонаторов на своем сайте. В частности, Sander утверждает, что сушка окружающего воздуха с относительной влажностью 50% до сухого воздуха с точкой рос ы-40°C приводит к 50%-ному снижению выхода озона в одном из линейки озонаторов.
Данные, подобные приведенным на рисунке 3, как представляется, показывают, что максимальный потенциальный эффект осушения, вероятно, будет несколько больше, чем двукратный, при использовании окружающего воздуха, который может иметь точку росы до 20°C или даже выше, по сравнению с очень сухим воздухом (с точкой росы ниж е-60°C). Для удобства интерпретации рисунка 3 в таблице ниже показана зависимость между относительной влажностью и точкой росы при температуре воздуха 70°F (21,1°C). Очевидно, что воздух должен быть очень сухим, чтобы точка росы была ниж е-20°C. Однако не очевидно, что осушители воздуха, используемые любителями, приближаются к этой низкой точке росы или превышают ее.
Таблица 1. Связь между точкой росы и относительной влажностью при температуре 70°F (21,1°C).
Относительная влажность
Точка росы (�C)
Рисунок 3. Взаимосвязь между точкой росы (влажностью) и относительным количеством озона, производимого в типичном генераторе озона с коронным разрядом.
Также утверждается, что повышенная влажность поступающего воздуха может увеличить выход азотной кислоты, но не все исследователи согласны с этим утверждением. 2 Некоторые источники 3 рекомендуют поддерживать очень низкую точку росы (~-60°C), чтобы предотвратить коррозию самой установки в результате образования азотной кислоты внутри нее. Однако, опять же, неясно, достигают ли сушилки, используемые любителями, этой очень низкой точки росы.
Один аквариумист сообщил, что кораллы в его аквариуме стали выглядеть плохо, и обнаружил, что в трубке между озонатором и латунным фитингом была синяя жидкость. Он не использовал осушитель воздуха, и это был влажный день. Эта жидкость вполне могла быть азотной кислотой в воде, которая разъела латунный фитинг и высвободила медь, которая затем попала в аквариум. Более подробное обсуждение химии, лежащей в основе образования азотной кислоты, представлено в следующем разделе.
В любом случае, большинство производителей генераторов озона рекомендуют осушать воздух перед тем, как он попадет в генератор, и у аквариумистов есть несколько вариантов осушения воздуха. Некоторые коммерческие устройства могут осушать воздух быстро и автоматически, хотя они значительно дороже других вариантов. Эти коммерческие устройства особенно полезны при больших расходах воздуха (много литров в минуту).
Простейший осушитель представляет собой пластиковую трубку, заполненную материалом, который связывается с влагой в воздухе. Воздух входит в один конец и выходит из другого, и высушивается при прохождении. Компания Red Sea продает такое устройство, по крайней мере, двух размеров. Их материал (силикагель) меняет цвет с голубого на розовый по мере истощения, и его можно регенерировать в обычной духовке, нагревая его, тем самым выгоняя поглощенную воду. К сожалению, в моем устройстве отсутствовало критически важное уплотнительное кольцо, и когда я прибегнул к его изготовлению самостоятельно, устройство иногда не могло удерживать достаточное давление. Кроме того, казалось, что он разряжается быстрее, чем я надеялся. В своей системе я использовал больший размер (500 г), но обнаружил, что он обычно истощается за две недели или около того. Этот результат, очевидно, отражает опыт других, так что ожидайте такого периода разрядки. Тем не менее, способность менять цвет делает истощение очевидным. Я также обнаружил удивительно небольшой эффект от использования осушителя на содержание озона в стоках из реакционной камеры и на общий ОВП аквариума. Подробности этого открытия будут обсуждаться в следующем месяце, но этот результат может отражать недостаточную эффективность сушильной трубки или, наоборот, отсутствие большого влияния влажности на производство озона генератором озона Aquamedic, который я использовал.
Некоторые аквариумисты используют два последовательно соединенных устройства, так что одно из них можно заменить для регенерации, в то время как другое остается на месте. На рисунке 4 показана установка, используемая Хосе Диеком, в которой сушильные трубки закреплены на стене с быстроразъемными соединениями, что позволяет быстро менять их местами по мере необходимости. Помимо упрощения процесса замены, такая установка позволяет снизить точку росы по сравнению с однопроходной системой, использующей те же трубки.
Рисунок 4. Установка для получения озона, используемая Хосе Диеком, с двумя последовательно установленными осушительными трубками.
Самоделкины могут сами купить силикагель и изготовить сушильную трубку. Другие материалы могут подойти, но могут повлечь за собой сложности. Например, Damp-Rid может разжижаться в присутствии слишком большого количества влаги, а также недостаточно снижать влажность.
Генераторы озона, использующие ультрафиолетовое излучение для выработки озона (например, Ultralife), не требуют осушения исходного воздуха. Кроме того, многие аквариумисты, использующие генераторы озона с коронным разрядом, обходятся без осушителя воздуха при использовании озона и, похоже, довольны полезностью озона в своей установке. Тот факт, что они могут получать только 50%, 10% или даже 2% от номинальной мощности, может быть для них не важен. Если ОВП в аквариуме без осушителя повышается настолько, что контроллер ОВП фактически “управляет” им, отключая озон на некоторую часть времени, то производство озона, очевидно, адекватно. Аналогичным образом, если ОВП настолько высок, что аквариумист снизил настройку генератора O 3 на генераторе до уровня меньше максимального и доволен результатами, то осушитель, скорее всего, не будет особенно полезен.
Чистота воды может улучшиться при уровне добавленного озона гораздо меньшем, чем требуется для повышения ОВП до часто упоминаемого диапазона 350-450 мВ. В конечном счете, важно лишь то, чтобы аквариумист был удовлетворен прозрачностью воды и любыми другими ожиданиями, которые он возлагает на ее преимущества. Нежелательные последствия производства азотной кислоты (небольшое увеличение количества нитратов, незначительное снижение щелочности и pH), скорее всего, ничтожны по сравнению с огромным добавлением питательных веществ и буферов, которое испытывают многие рифовые аквариумы.
Будет ли внутренняя часть или арматура генератора озона с коронным разрядом со временем разрушаться из-за коррозии азотной кислоты? Я не знаю ответа на этот вопрос.
В моей установке ОВП никогда не поднимается выше 330 мВ, и обычно составляет 300-330 мВ даже с озонатором, который я установил на самые высокие настройки, и с осушителем воздуха (обо всем этом я подробно расскажу в следующем месяце). Этот результат позволяет мне предположить, что я нигде не перебарщиваю с добавлением озона. По этой причине кажется разумным продолжать использовать осушитель воздуха, но фактические экспериментальные результаты, которые я получу в ближайшие месяцы (когда влажность, вероятно, еще больше возрастет), определят, оправдано ли дальнейшее использование осушительной трубки.
Мой совет другим в отношении воздушной сушки таков:
1. Генератор озона может производить больше озона, если сначала достаточно осушить воздух, если предполагается, что он относится к типу коронного разряда. Однако еще предстоит выяснить, дают ли простые коммерческие установки для осушения воздуха желаемый эффект.
2. Сам генератор озона может прослужить дольше, если воздух будет надлежащим образом осушен (опять же, при условии, что он коронного разряда).
3. Если предположить, что прозрачность воды является основной или единственной целью использования озона, а не более труднодостижимой целью, такой как дезинфекция воды, то многие аквариумисты, вероятно, будут удовлетворены использованием озона без осушителя воздуха.
Обратный клапан воздушного потока
Обратный клапан воздушного потока – это недорогой и потенциально важный элемент оборудования. Он может использоваться между осушителем и генератором озона или между генератором озона и озоновой реакционной камерой. Будучи высоковольтным электрическим устройством, генераторы озона не очень хорошо смешиваются с морской водой. Хотя многие из них, похоже, способны выдержать периодический контакт с водой (а некоторые даже рекомендуют очищать воздушный канал дистиллированной или RO/DI водой), отложение солей и других материалов, скорее всего, нежелательно. Даже если генератор озона расположен выше всех остальных частей оборудования, в некоторых озоновых реакционных камерах давление достаточно велико, чтобы при прекращении потока воздуха вода могла в значительной степени вернуться в воздушную линию.
При использовании между осушителем (или воздушным насосом) и генератором озона подойдет любой обратный клапан. Если воздух не может двигаться через него в обратном направлении, то при отключении электроэнергии, когда воздушный насос выключается, вода не может попасть по трубке воздушной линии в генератор. В данной установке вода может поступать по трубке, если воздушная линия между генератором и обратным клапаном каким-то образом оборвется.
При использовании между генератором озона и реакционной камерой озона/воды предпочтительно использовать озоностойкий обратный клапан (если такой можно найти). При такой установке вода не может попасть в генератор озона, пока установлен обратный клапан. При отсутствии озоностойких клапанов можно использовать обычные обратные клапаны, которые часто заменяются, поскольку резина в них разрушается под воздействием озона. Материалы, наиболее подходящие для того, чтобы выдержать воздействие озона, подробно описаны далее в этой статье.
Генераторы озона: Теория электрического разряда
Озон в аквариумах исторически генерировался различными способами. К ним относятся высокоэнергетическое УФ-излучение и электрические разряды. В большинстве, но не во всех коммерческих генераторах озона, предназначенных для использования в аквариумах, применяется электрический разряд. На рисунке 5 показана типичная установка электрического разряда. В нем воздух проходит между двумя электродами. Альтернативный вариант – воздух проходит через стеклянную трубку, расположенную между двумя электродами. Хотя любое разделение зарядов между электродами может работать, часто используется поле переменного тока (AC). Точная природа электрического поля варьируется и обычно попадает в один из следующих частотных диапазонов: низкочастотный (50-100 Гц), среднечастотный (100-1000 Гц) или высокочастотный (1000+ Гц). Я не уверен, какие частоты используются в каждом из коммерческих брендов, обычно используемых аквариумистами. Тонкий диэлектрический материал наносится на один или оба электрода для предотвращения фактического искрения между электродами. Диэлектриком может быть стекло, слюда или другие непроводящие материалы, но обычно это стекло. Электрическое поле между электродами достаточно сильно, чтобы разорвать молекулы, и называется короной или коронным разрядом. Корона часто излучает свет, и хотя этот эффект нельзя увидеть в типичных коммерческих генераторах озона, его можно увидеть в других приложениях, где корона не так закрыта.
Рисунок 5. Схема внутреннего устройства генератора озона с коронным разрядом.
Интенсивное электрическое поле и содержащиеся в нем высокоэнергетические ионы могут разорвать все первичные компоненты воздуха на очень реактивные отдельные атомы или радикалы:
Эти виды могут затем реагировать между собой или с непрореагировавшими компонентами в воздухе. Подробное описание плазменной химии выходит за рамки данной статьи, но наибольший интерес для нас представляет следующая реакция:
Как упоминалось выше, поток воздуха, проходящий через генератор, может влиять на количество производимого озона. Понимая, как производится озон в таких генераторах, легко понять, почему. Если O 3 образуется между электродами и находится там в течение некоторого времени, сам озон может быть разорван на части интенсивным электрическим полем и столкновениями с высокоэнергетическими электронами и другими видами:
Более высокая скорость потока воздуха может помочь вытеснить первоначально образовавшийся озон из генератора, прежде чем он успеет распасться, и заменить его свежим O 2, который готов производить больше озона.
Несколько последовательностей реакций могут привести к образованию азотной кислоты:
Последняя последовательность требует присутствия воды (чтобы получить OH – ), и очевидно, как высокая концентрация воды (на что указывает влажность или точка росы) может увеличить концентрацию азотной кислоты.
Подобные процессы также могут объяснить, как высокая концентрация воды в воздухе (т.е. высокая влажность или температура точки росы) может снизить производство озона. Например, вместо того чтобы реагировать с O 2 для получения озона, атом кислорода может реагировать с продуктами распада, образующимися из воды (H и OH – ), для получения других химических веществ. Другие реакции между этими видами также приводят к образованию таких продуктов, как перекись водорода и азотная кислота, но их концентрация ниже, чем у кислорода.
Генераторы озона: Теория ультрафиолетового излучения
Как упоминалось выше, озон также может генерироваться под воздействием интенсивного ультрафиолетового света. Генераторы озона, продаваемые компанией Ultralife, относятся к этой категории. В этих устройствах используется специальная лампа, излучающая ультрафиолетовый свет короткой длины волны (чаще всего 185 нм). Во время ультрафиолетового облучения с такой длиной волны молекулы O 2 в воздухе, проходящем рядом с лампой, поглощают свет и распадаются на части:
Как и в электроразрядных приборах, эти атомы кислорода могут затем соединиться с O 2 образуя озон:
Производители этих типов устройств утверждают, что их преимущества в том, что воздух не нужно сушить, и что образуется меньше азотсодержащих побочных продуктов (например, азотной кислоты). Кроме того, утверждается, что их лампа служит два-три года до замены. Конкуренты утверждают, что эти типы генераторов озона теряют около 20% номинальной мощности после нескольких часов работы, и что потребление электроэнергии для системы на основе УФ-излучения намного выше, чем для коронного разряда. Максимальная концентрация озона, которая может быть получена в данном объеме воздуха, ниже (01 – .1% по весу O 3 в воздухе для УФ-систем по сравнению с 0,5 – 1,7% O3в воздухе для осушенного воздуха с использованием коронного разряда). Обратите внимание, что выходная мощность генераторов озона УФ-типа часто не регулируется.
Также следует отметить, что эти устройства заметно отличаются от ультрафиолетовых стерилизаторов. Ультрафиолетовые стерилизаторы используют более длинную длину волны ультрафиолетового света (обычно около 254 нм) и убивают организмы путем прямого взаимодействия ультрафиолета с водой в аквариуме, когда он проходит мимо. Молекулы, такие как ДНК в организмах, поглощают ультрафиолет с длиной волны 254 нм, и молекулы распадаются, убивая их. Ультрафиолетовый свет с длиной волны 254 нм не производит значительного количества озона.
Какой тип генератора озона лучше? Для своей установки я выбрал тип коронного разряда, но любой из этих методов подходит для большинства любителей.
Генераторы озона: Практическая информация
С практической точки зрения, генераторы озона просты в использовании для аквариумистов. Если выход озона регулируется, на устройстве есть диск управления. Такой диск регулирует мощность, подаваемую на внутренние электроды. В противном случае ничего настраивать или регулировать не нужно (если только озонатор не поставляется в коробке с окислительно-восстановительным контроллером, о котором речь пойдет ниже). Если они не регулируются, в них может быть только электрический шнур, вход для воздуха и выход для воздуха/озона.
Генераторы озона для аквариумов, использующие коронный разряд, потребляют очень мало электроэнергии. Типичные аквариумные устройства потребляют 10 ватт или меньше (для 300 мг O 3 в час или меньше). Обычно они поставляются с соответствующими инструкциями по их использованию. Среди генераторов озона, часто используемых аквариумистами в Соединенных Штатах, можно назвать устройства производства Sander, Aqua Medic, Enaly и Red Sea. Устройства, работающие на основе ультрафиолетового излучения (например, Ultralife), обычно потребляют больше электроэнергии.
Определить, сколько озона необходимо, не так-то просто, и это может сильно зависеть от желаемого результата от дозирования озона, способа его использования и других методов содержания, применяемых в аквариуме. Например, для устранения желтизны в воде используется гораздо меньше озона, чем для стерилизации воды. Аналогичным образом, хорошая камера для реакции озона с водой может позволить использовать гораздо меньше озона, чем требуется при неэффективном использовании в скиммере. Тем не менее, большинство рекомендаций рекомендует использовать от 0,3 до 0,5 мг O 3 /час/галлон аквариумной воды.
Если возможно, я бы посоветовал разместить устройство выше уровня воды в месте его использования. Всевозможные неисправности (перебои в электропитании, неисправность воздушного насоса, ослабление воздушной линии и т.д.) могут привести к тому, что вода вернется по трубке воздушной линии и попадет в озонатор. Такой контакт с водой может не сразу разрушить устройство коронного разряда, но он будет способствовать плохой производительности и в конечном итоге может привести к прекращению его работы. Я не уверен, какой эффект окажет попадание жидкой воды на генератор озона на основе ультрафиолетового излучения, но не удивлюсь, если это может привести к разрушению колбы. Воздушный обратный клапан также помогает снизить вероятность контакта с водой. Мой озонатор Aquamedic установлен на высоте около 7 футов от пола моего подвала, откуда очищенная вода поступает в реакционную камеру и, в конечном итоге, в отстойник, который находится на 3-6 футов ниже. Тем не менее, я несколько раз случайно отправлял воду в мой озонатор. В каждом случае количество озона в реакционной камере приходило в норму через 24 часа, но такая практика, вероятно, менее желательна.
Прежде чем пытаться очистить внутреннюю часть озонового генератора, проконсультируйтесь с производителем или с прилагаемыми инструкциями. Некоторые рекомендуют чистить чистой пресной водой и щеткой, но в других конструкциях это невозможно. Мой прибор Aquamedic запечатан с помощью своего рода мембраны, поэтому попадание любого твердого предмета в фитинги приведет к их повреждению.
Озоновая реакционная камера: Скиммеры
Озоновая реакционная камера – это сердце системы. В ней смешиваются воздух, насыщенный озоном, и вода из аквариума. В первой статье этой серии я подробно описал химические и биохимические процессы, происходящие в реакционной камере. Я также обсудил вопросы, связанные с временем контакта и концентрацией озона в отношении некоторых потенциальных эффектов озона (таких как дезинфекция).
В качестве контактных камер можно использовать множество различных систем, но большинство рифовых аквариумистов предпочитают использовать скиммеры. Они используют либо основной скиммер, либо меньший, недорогой, который может работать с меньшей скоростью потока и потенциально может быть принесен в жертву, если озон разрушит пластик до такой степени, что он перестанет быть надежным. Несмотря на широкое применение озона, скиммеры обычно не являются оптимальным способом использования озона по нескольким причинам:
1. Расход воды и воздуха и даже сама инженерная конструкция оптимизированы для обезжиривания, а не для впрыска озона и реакции. Чем дольше озонированная вода должна реагировать, тем больше окисление органических молекул может произойти. Это не является критерием проектирования скиммеров, где время контакта воздуха с водой максимально, но вода сама по себе не удерживается ни для каких целей. Если скорость потока воды слишком высока, и, следовательно, слишком высока скорость ее оборота, концентрация озона в воде и время контакта для его реакции с органическими материалами могут быть менее оптимальными.
2. И воздух, и вода, выходящие из скиммера, должны оптимально проходить через активированный уголь, чтобы уменьшить количество высокоокисляемых и токсичных веществ, попадающих в аквариум и в воздух дома аквариумиста. Многие скиммеры не настроены на эффективное пропускание воздуха через уголь, а высокая скорость потока воды может затруднить достижение достаточного контакта с активированным углем.
3. Многие скиммеры не сконструированы из материалов, пригодных для длительного воздействия озона.
Тем не менее, большинство рифовых аквариумистов, использующих озон, делают это с помощью скиммера. Независимо от того, оптимален он или нет, они решили, что он отвечает их потребностям. Использование озона со скиммером в значительной степени зависит от характера скиммера, и существует слишком много различных конструкций, чтобы можно было дать много полезных деталей. Тем не менее, некоторые рекомендации по использованию озона таким образом следующие:
1. Выбирайте скиммер, позволяющий удерживать значительный объем воды, чтобы озонированная вода не была сразу же сметена и пропущена через GAC (где реакции озонирования в основном заканчиваются).
2. Выберите тот, который позволяет собирать воздух и пропускать его через GAC. Например, Sea Clone будет плохим выбором в этом отношении, так как воздух и вода выходят из него через довольно большое отверстие. Скиммер ETS, который я использую, также плохой выбор, так как воздух выходит из трубки, которая также является выходом для скиммера. Однако его можно использовать со специальным коллектором для скиммата (описанным ниже).
Хосе Диек модифицировал коммерческий коллектор скиммата (PS-MQWC2), который работает в паре с его скиммером. Он изготовил новую крышку, увеличил длину горловины между верхним фланцем и контейнером с углем и повторно нарезал резьбу на фланце, чтобы установить более крупный ¾” фитинг для слива. Изначально уголь предназначался для удаления запаха скиммата, но он также может работать на уменьшение озона. Он позволяет собирать жидкий обезжиренный продукт и направлять воздух, насыщенный озоном, через фильтр с активированным углем (рис. 6). Для этого необходимо, чтобы скиммат стекал под действием силы тяжести из чаши скиммера в камеру коллектора, не выпуская воздух. Смесь воздуха и обезжиренного осадка поступает сверху, жидкость оседает на дно, а воздух, насыщенный озоном, выходит через середину верхней части. Он проходит через углерод, тем самым теряя озон. При желании его можно выпустить наружу.
Рисунок 6. Модифицированный контейнер для сбора скиммата, используемый Хосе Диеком для снижения выброса озона в атмосферу.
Реакционная камера для озона: Коммерческие реакторы и “сделай сам
Существует множество коммерческих озоновых реакторов, которые варьируются от плохих до вполне эффективных (хотя и дорогих). Я использовал озоновый реактор Coralife (рис. 7) и больше не буду его использовать. По моему мнению, это не очень хорошо продуманный продукт. Я дам больше комментариев по этому поводу в следующем месяце.
Рисунок 7. Озоновый реактор Coralife с присоединенными трубками для подачи воды и воздуха.
Компания Marine Technical Concepts (MTC) также производит озоновый реактор PRO240D. Он состоит из акриловой трубки диаметром 6″ и высотой 27″. Внутри вода капает через пластину, а затем на пластиковый материал с высокой площадью поверхности. Смесь воздуха и озона впрыскивается над пластиной, позволяя им смешиваться. В реакторе такого типа обычно создается давление в несколько PSI, в результате чего озон попадает в воду. Я не использовал его, но уверен, что этот реактор будет хорошим выбором.
Те, кто хочет иметь озоновый реактор, но не может потратить несколько сотен долларов, могут использовать PRO240D или эти связанные планы в качестве руководства для DIY (сделай сам) систем.
Озоновая реакционная камера: Трубчатый реактор
После того, как я повозился с озоновым реактором Coralife и нашел его неудовлетворительным, а также провел несколько тестов, в которых я просто направлял озон в мой скиммер (в результате чего мой подвал стал вонять озоном), я решил сам создать очень простой “реактор” (рис. 8). У меня есть два последовательно соединенных насоса Iwaki 30 RLXT, которые я использовал в течение многих лет в качестве основных возвратных насосов. Я создал “тройник” на их выходе, чтобы направить воду в два моих основных резервуара.
Рисунок 8. 100-футовый змеевик из трубы ПНД, который я использовал в качестве простого озонового реактора.
Используя другой “Т”, я добавил ¾” вентури, а к нему присоединил 100-футовую спираль из ¾” HDPE (полиэтилена высокой плотности), которую я купил у Коула Пармера примерно за 60 долларов (включая доставку). Реактор состоит из смеси воздух/озон, закачиваемой в вентури, а затем смесь вода/воздух/озон циркулирует через эту катушку (около 13 отдельных катушек) в течение примерно 45 секунд (при расходе воды около 90 галлонов в час). Одновременно в нем находится чуть более двух галлонов воздуха и воды. Это обеспечивает длительное время контакта со значительным количеством воды, при этом существует достаточно большое давление как от силы тяжести, так и от противодавления 100 футов гибкой трубы. На самом деле, катушку с трубой пришлось укладывать горизонтально. При вертикальном подвешивании создавалось слишком большое противодавление, чтобы через нее мог пройти значительный поток воды.
While the mixing efficiency is apparently not especially good inside the tubing, it is adequate to raise the ORP to > 680 мВ, а концентрация озона в воде (измеренная хлорным набором на выходе) – 0,1 промилле хлорного эквивалента. В этой установке вентури просто служит входом для нагнетаемого воздуха, поскольку скорость потока слишком мала, чтобы получить всасывание за счет действия вентури.
Наиболее важным для меня является то, что конец трубки, где выходят воздух и вода, легко пропускается через колонку GAC для удаления остаточного озона и побочных продуктов озона. При нормальной работе я не чувствую запаха озона в подвальном помещении, где происходит работа. В этой системе также негде скапливаться детриту, кроме как на самом активированном угле. Колонна GAC подробно описана далее в этой статье.
Озоновая реакционная камера: Подходящие материалы
Для тех, кто проектирует и строит озоновые системы, важным фактором является использование подходящих материалов. Некоторые пластмассы и резины быстро становятся хрупкими и разрушаются после длительного воздействия озона. На ряде различных сайтов в Интернете есть руководства по совместимости материалов; например, Cole Parmer. Информация в Таблице 1 была взята из их информации по “материалам”. У них также есть руководство по выбору трубок (см. табл. 2).
Очевидно, что некоторые материалы, которые могут использовать аквариумисты, например, нейлон, не являются лучшим выбором. В магазинах аквариумных принадлежностей продаются озоностойкие трубки, которые являются хорошим выбором для использования между генератором озона и реакционной камерой.
Таблица 1. Совместимость материалов с озоном
Рейтинг
Сильный эффект
Отлично до 100°F
Отлично до 100°F
Сильный эффект
Сильный эффект
От хорошего до плохого эффекта
Хорошо/Отлично
Таблица 2. Совместимость трубок с озоном
Устойчивость к озону
A � Отсутствие повреждений после 30 дней постоянного воздействия. B �Небольшое повреждение или отсутствие повреждения после 30 дней постоянного воздействия. C �Некоторый эффект после 7 дней постоянного воздействия. Последствия могут включать: растрескивание, растрескивание, потерю прочности, изменение цвета, размягчение или набухание. Размягчение и разбухание в некоторых случаях обратимы. D �Не рекомендуется для постоянного использования. Может произойти немедленное повреждение.
Безопасность озона для человека: Фон
Озон в воздухе может представлять значительную опасность для здоровья человека. Недавнее исследование EPA (будет опубликовано в апреле 2006 года в журнале Environmental Health Perspectives) показывает, что озон может вызвать преждевременную смерть при длительном воздействии до 0,08 промилле. Этот уровень значительно ниже, чем считалось ранее. Более ранние исследования предполагали, что уровень 0,2 промилле не представляет значительного риска для здоровья. Подробное описание различных эффектов озона на здоровье выходит за рамки данной статьи, но должно быть очевидно, что если озон может использоваться для окисления и разрушения органических материалов, то воздействие озона на человека, который состоит из органических тканей, нежелательно.
Поскольку у большинства аквариумистов нет приборов для определения озона (см. ниже), как им определить, подвергаются ли они потенциально воздействию нежелательно высоких уровней? Помимо отказа от использования озона, что может быть разумным выбором для многих аквариумистов по многим причинам, включая здоровье, я бы рекомендовал использовать тест на нюх. Оказывается, большинство людей могут определить озон в воздухе по запаху при уровнях несколько ниже 0,08 ppm. Поэтому, если вы чувствуете запах озона, он может быть опасным, а может и не быть. Однако вполне возможно использовать озон так, чтобы его запах не ощущался, при условии, что оборудование и процедуры адекватны, включая прохождение послереакторного воздуха над соответствующим количеством GAC (обсуждается в следующем разделе). Итак, мой совет: если вы решили использовать озон, то делайте это таким образом, чтобы вы не могли почувствовать его запах. Является ли это гарантией того, что вы не испытаете вредных последствий? Нет. У некоторых людей обоняние гораздо хуже, чем у других. И будущие исследования могут показать вредное воздействие даже при уровнях ниже порога обнаружения человеческим носом. Но если бы я использовал озон и чувствовал его запах, я бы предпринял активные действия, чтобы уменьшить выход озонового газа.
Для тех, кто интересуется, многие марки озонометров подходят для определения наличия нежелательных уровней озона в воздухе. К сожалению, они достаточно дороги. Например, озонометр EW-86316-20 от Cole Parmer продается за 350 долларов и показывает уровни от 0,02 до 0,14 промилле. Некоторые наборы для тестирования также предполагают воздействие воздуха на чувствительную карточку. Эти наборы не дороги, и для аквариумистов, озабоченных безопасностью озона, они могут быть хорошим способом выяснить, представляет ли конкретная установка какой-либо риск. Наборы можно приобрести во многих магазинах, в том числе:
Для справки ниже приводится краткое описание воздействия озона на здоровье человека, которое было представлено в первой статье этой серии.
Действие озона в нижних слоях атмосферы :
0,003 – 0,010 ppm Самые низкие уровни, обнаруживаемые обычным человеком (по запаху). 0,08 промилле Последнее исследование EPA (будет опубликовано в апреле 2006 года) сообщает о значительном увеличении риска преждевременной смерти у людей. Каждое увеличение на 0,01 промилле приводит к увеличению преждевременной смертности на 0,3 процента. От 0,001 до 0,125 ppm Концентрация озона в естественном воздухе. 0,1 ppm Обычная предельно допустимая непрерывная концентрация озона в промышленных рабочих зонах, общественных и частных помещениях. 0,15 – 0,51 промилле Типичная пиковая концентрация в американских городах. 0,2 промилле Длительное воздействие озона на человека в типичных условиях работы не вызвало никаких видимых эффектов. 0,3 промилле Пороговый уровень для раздражения носа и горла. Некоторые виды растений повреждаются. 0,5 промилле Уровень, при котором в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, объявляется тревога смога № 1; может вызывать тошноту и головную боль. От 1 до 2 промилле Уровень, при котором в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, объявляются предупреждения о смоге № 2 (1,00 промилле) и № 3 (1,50 промилле). Симптомы: головная боль, боль в груди и сухость в дыхательных путях. От 1,4 до 5,6 промилле Вызывает серьезные повреждения растений. От 5 до 25 ppm Смертелен для животных в течение нескольких часов. 25+ ppm Вероятно, смертелен для человека в течение одного часа.
Безопасность озона для человека: GAC для воздушных стоков
Чтобы снизить уровень озона в воздухе, выходящем из озоновой реакционной камеры или скиммера, лучше всего пропускать воздух через соответствующее количество активированного угля (или, возможно, отводить его за пределы дома, как это делают некоторые аквариумисты). Когда озон связывается с активированным углем (показан как С*), он сначала диссоциирует на поверхности угля на связанный О и О. 2 :
O 2 высвобождается в воздушный поток. Часть окисленного активированного угля остается, но большая часть распадается с образованием большего количества O 2, который высвобождается:
Хотя типы активированного угля, наиболее подходящие для применения в газовой фазе, могут отличаться от тех, которые используются для очистки воды, оказалось, что те, которые используются аквариумистами, могут быть эффективными. Пропускание отработанного воздуха через несколько дюймов упакованного активированного угля марки Marineland Black Diamond в основном устранило запах в комнате, где я проводил свои тестовые эксперименты. Единственный способ обнаружить запах носом – это понюхать непосредственно верхнюю часть колонки GAC. В отсутствие GAC, выделяемого озона было достаточно, чтобы весь подвал сильно пах озоном, и это было верно независимо от того, пропускал ли я озон через озоновый реактор Coralife, мой скиммер ETS 800 Gemini или мой трубчатый реактор (дополнительные измерения с использованием каждой установки будут подробно описаны в следующем месяце).
К сожалению, не всегда легко добиться такого снижения озона из-за того, как многие скиммеры выпускают воздух. На мой взгляд, отсутствие подходящего способа очистки воздушных стоков с помощью GAC является существенным недостатком любого реактора или скиммера, для которого это является проблемой. Некоторые коммерческие угольные фильтры предназначены именно для этой цели. Например, угольный воздушный фильтр CAF-12 производства компании Marine Technical Concepts соответствует требованиям для этого применения.
Я разработал свой собственный комбинированный фильтр для очистки воздуха и воды, выходящих из используемых мной озоновых реакторов (рис. 9). Он состоит из трубы ПВХ диаметром 4″, отрезанной на длину около 2 футов. На одном конце я прикрепил редукционный фитинг с 4″ на 3″ и вставил 4-дюймовый круг из пластиковой сетки (продается для того, чтобы не пропускать листья в водостоки на крыше дома). Эта сетка расположилась на стыке между 4-дюймовым ПВХ и редукционным фитингом. Сверху я поместил большой пакет GAC, а поверх пакета я заполнил оставшуюся часть трубы сыпучим GAC (Marineland Black Diamond).
Рисунок 9. Самодельная колонка активированного угля, которую я использовал для обработки воздуха и воды для уменьшения содержания озона и его побочных продуктов. Она имеет высоту 18 дюймов и сделана из 4-дюймовой трубы ПВХ.
Эта колонка GAC удерживается струной, прикрепленной к верхнему концу трубы. Другой конец струны прикреплен к потолочной балке. Нижняя часть колонны (редукционный фитинг) сидит на 3,5-дюймовом отверстии, вырезанном в пластиковой крышке мусорного ведра, которое находится сверху моего отстойника. ПВХ в основном опирается на крышку отстойника, а струна просто удерживает его в вертикальном положении.
В зависимости от используемой озоновой реакционной камеры, либо оба выхода для воздуха и воды (для озонового реактора Coralife), либо один комбинированный выход (для моего трубчатого реактора), застревают в колонне. Точнее, конец трубки, где выходят вода и воздух, застрял примерно на 3 дюйма ниже верха GAC, а под ним еще фут или более GAC. Вода проходит через этот фут, а воздух, скорее всего, выходит через верх колонны GAC (хотя некоторые могут выходить и через низ).
Когда эта колонка GAC подключена правильно, я не чувствую никакого запаха озона в комнате, в то время как удаление трубки из колонки GAC быстро наполняет весь подвал озоном, который легко обнаружить по запаху. Это не очень красиво, но дешево и отлично работает!
Контейнер для сбора скиммера, модифицированный Хосе Диеком, который описан в предыдущем разделе (Реакционная камера для озона: скиммеры), является несколько более элегантным решением необходимости пропускать воздух, выходящий из скиммера, через GAC.
Озоновая безопасность для аквариума: GAC для сточных вод
Для того чтобы снизить уровень озона и его токсичных побочных продуктов (бромата, гипобромовой кислоты и т.д.) в воде, выходящей из озоновой реакционной камеры или скиммера, лучше всего пропускать воду через соответствующее количество активированного угля. В первой статье этой серии обсуждалась химия, лежащая в основе каталитического расщепления активированным углем озона и его побочных продуктов с выделением кислорода. Этот процесс можно контролировать с помощью теста на хлор, например, модели CN-70 компании Hach, или прибора, который работает аналогично, но сообщает результаты как озон (например, модель OZ-2 компании Hach). Колонка GAC, через которую я пропускаю такую воду (рис. 9), существенно снижает зарегистрированный остаточный OPO. В зависимости от скорости потока и других переменных, снижение составило от 0,1 ppm до 0,04 ppm эквивалентов хлора или от 0,05 ppm до менее чем 0,02 ppm эквивалентов хлора (нижний предел обнаружения). Такая обработка GAC, похоже, не приводит к заметному снижению ОВП, поэтому это не лучший способ оценить эффективность GAC.
Такое применение GAC, как мне кажется, требует значительно больших усилий, чем при обработке воды для удаления органики. В последнем случае, если часть воды проходит мимо GAC, не взаимодействуя с ним, это не является проблемой; это просто снижает эффективность очистки, но органика может быть поймана при следующем прохождении воды через GAC. Или при следующем прохождении, и так далее, и так далее. Это не та ситуация, когда нужно удалить все за один проход. Однако OPO, образующиеся в результате реакции озона с морской водой, не так безобидны. Гораздо лучше удалить их при первом проходе через GAC. Какие бы ОПО ни попали в основной резервуар, они, скорее всего, вступят там в реакцию. Если он реагирует с растворимой органикой или с частицами органического материала, это не проблема; возможно, это даже желательно. Но те реактивные виды, которые вступают в контакт с организмами, будут более проблематичными, как подробно описано в первой статье.
Безопасность озона для аквариума: Мониторинг и контроль ОВП
Озон – мощный окислитель, и аквариумистам необходимо убедиться, что они не добавляют его слишком много в свои аквариумы. Существуют реальные истории аквариумистов, которые вызвали катастрофу в аквариуме, добавив слишком много озона (включая, например, смерть трех акул в Девонском аквариуме в 2001 году, когда компьютерный сбой позволил доставить слишком много озона). Помимо правильного подбора необходимых компонентов (генератор озона, очистка GAC и т.д.), есть один относительно простой способ убедиться, что в аквариуме не происходит передозировки, и это мониторинг ОВП (потенциала восстановления окисления).
В предыдущей статье (ORP и рифовый аквариум) я подробно рассказывал об ORP, в том числе о том, что он означает на самом деле и как его измерить. Я также обсудил химическое воздействие озона на ОВП в первой статье этой серии, поэтому здесь я не буду останавливаться на этих аспектах. ОВП измеряется с помощью простого измерительного прибора и комбинации электродов, так же как и pH. К сожалению, на этом аналогия с pH заканчивается. Теория, лежащая в основе ОВП, сложна, и неясно, какие химические вещества в воде электрод ОВП действительно измеряет. Электроду также может потребоваться от нескольких часов до нескольких дней, чтобы уравновеситься с морской водой, поскольку различные органические и неорганические материалы связываются с ним или высвобождаются, поэтому его реакция на изменения может быть не быстрой.
В дополнение к простым измерителям ОВП, таким как Pinpoint, показанным на рисунке 10, многие аквариумисты используют контроллеры ОВП (рисунок 11). Эти устройства очень полезны, поскольку они могут отключить питание генератора озона (и любых других необходимых устройств), если ОВП поднимается слишком высоко. Все, что нужно сделать аквариумисту, это сообщить устройству, каким должен быть верхний предел ОВП, и оно готово к работе. Некоторые компании (например, Red Sea) продают генераторы озона, в которые встроен измеритель ОВП или контроллер. Они могут быть удобными или менее дорогими, но они не обладают какими-либо присущими им преимуществами.
Рисунки 10 и 11. ОВП-монитор марки Pinpoint (слева) и ОВП-контроллер (справа), продаваемые компанией American Marine.
При дозировании озона в рифовый аквариум, чем больше озона добавляется в систему, тем выше будет ОВП. Я не согласен с утверждениями некоторых аквариумистов, что более высокий ОВП означает более чистую или “лучшую” воду. Однако если ОВП будет использоваться в качестве ориентира для предотвращения передозировки озона, то необходимо дать некоторые комментарии относительно целевых уровней ОВП.
В рифовых аквариумах без использования озона значения ОВП сильно варьируются. Некоторые аквариумисты сообщают о значениях в верхних 300 мВ, а некоторые даже заявляют о более чем 400 мВ. В моей рифовой системе ОВП без озона находится в пределах от середины до верхней границы 200 мВ. Некоторые заявляют о еще более низких значениях. Частично эти диапазоны могут быть связаны со сложностями калибровки измерений ОВП и уравновешивания электродов ОВП (процесс, который может занять несколько дней), частично с тем, что ОВП меняется в зависимости от pH, но большая часть, вероятно, связана с реальными аспектами содержания, которые изменяют базовый ОВП, достигаемый в аквариуме.
Прежде чем перейти к обсуждению ОВП и озона, позвольте мне рассказать об одном вопросе, который может повлиять на то, насколько сильно аквариумисты должны полагаться на точность ОВП. Как упоминалось выше, ОВП не является простым равновесным измерением. Сам зонд может иметь память о том, с чем он ранее сталкивался, и это может повлиять на показания, даже если он правильно откалиброван. Эта память может относиться к органическим и неорганическим материалам, прикрепленным к самой платиновой поверхности. Например, если я откалибрую свой ОВП-зонд (в жидкости Pinpoint 400 mV), дам ему уравновеситься в моем резервуаре в течение многих дней, а затем снова помещу его в новую партию той же калибровочной жидкости для ОВП, он будет считывать значение, которое должно быть в калибровочной жидкости. Но после возвращения зонда в воду аквариума ОВП в нем оказывается на 25-30 мВ выше, чем до того, как зонд был помещен в калибровочную жидкость, и это повышение сохраняется в течение нескольких дней. Аналогичным образом, если поместить электрод ОВП в растворы с очень высоким ОВП (например, в сточные воды озонового реактора), это, по-видимому, оказывает обратное воздействие на электрод, снижая наблюдаемое ОВП аквариума примерно на 25 мВ при измерении более чем через день (и намного больше при измерении сразу). Отсюда следует вывод: аквариумисты не должны интерпретировать небольшие абсолютные изменения ОВП как что-то конкретное, они могут просто отражать изменения, происходящие с самим ОВП-зондом, а не изменения, происходящие в воде.
После начала использования озона некоторые аквариумисты, как и я, наблюдают лишь небольшой рост ОВП даже при рекомендуемых уровнях озона. Например, у меня ОВП не поднимается выше 330 мВ, а в аквариумах некоторых аквариумистов даже после начала использования озона ОВП остается в диапазоне 200 мВ. Другие, предположительно те, кто начинает с высокого значения ОВП, хотя это может быть не единственным фактором, легко доводят ОВП своего аквариума до слишком высокого уровня, если его не контролировать.
Итак, после всего этого обсуждения, вот мои рекомендации по мониторингу ОВП и контролю озона в рифовых аквариумах с использованием правильно подобранного генератора озона, который, похоже, работает, и правильно откалиброванного измерителя ОВП:
1. Если после включения озона ОВП не поднимается выше 375 мВ, не беспокойтесь о контроле озона или ОВП. Просто дайте ему работать на полную мощность. Также не беспокойтесь о том, что вам нужен более мощный генератор, если он поднял ОВП по крайней мере на 25 мВ выше того уровня, на котором он был до добавления озона. Скорее всего, он выполняет необходимые задачи (например, делает воду чище). Только если какой-то другой аспект использования озона окажется неудовлетворительным (например, отсутствие прозрачности воды), я буду искать другие варианты, например, более крупный генератор озона или лучшую контактную камеру.
2. Если ОВП начинается выше 375 мВ или повышается во время использования озона, использование контроллера ОВП будет полезным для предотвращения слишком высокого повышения ОВП. Используйте контроллер для отключения озона, когда ОВП поднимается слишком высоко. Другой вариант – перекрыть поток воздуха, чтобы сохранить среду осушителя, но убедитесь, что вода не может попасть обратно в озонатор, если воздух прекратится. Я бы установил целевое значение ОВП несколько выше базового ОВП в отсутствие озона – не менее 350 мВ, возможно, 400 мВ, но никогда не выше 450 мВ.
Использование озона в рифовых аквариумах имеет свои преимущества и недостатки. Главным из них является улучшение прозрачности воды. К сожалению, значительную озабоченность вызывает токсичность озона и его побочных продуктов как для людей, так и для обитателей рифовых аквариумов. Однако правильное использование подходящего оборудования может в значительной степени снизить этот риск. Для тех, кто решил использовать озон, мои рекомендации таковы:
1. Подберите воздушный насос, соответствующий размерам генератора озона и используемой контактной камеры. Полезным может оказаться воздушный насос с переменным расходом воздуха. Используйте воздушный насос, способный выдержать обратное давление, если контактная камера будет находиться под давлением.
2. Для увеличения выхода озона, снижения выхода азотной кислоты и продления срока службы генератора можно использовать осушитель воздуха. При использовании генератора озона с УФ-лампой осушитель воздуха не нужен.
3. Используйте генератор, размер которого соответствует размеру вашей системы, порядка 0,3-0,5 мг O 3 /час на галлон аквариумной воды. Хотя слишком большой генератор может стоить не намного дороже, он может привести к передозировке аквариума. Как и в случае со многими рифовыми добавками, использование большего количества, чем рекомендовано, редко бывает лучше.
4. Можно использовать множество типов коммерческих или сделанных своими руками камер для контакта воздуха и воды. Оптимальные системы будут иметь значительное время контакта между озонированным воздухом и водой аквариума, позволят озонированной воде реагировать в течение значительного периода времени и могут находиться под значительным давлением. Можно использовать скиммеры, но они далеко не оптимальны.
5. Для безопасности людей, находящихся рядом с аквариумом, обязательно пропускайте выходящий воздух через достаточное количество активированного угля, чтобы исключить запах озона. Тестовый набор или измерительный прибор для определения содержания озона в воздухе может облегчить беспокойство аквариумистов.
6. Для безопасности обитателей аквариума пропускайте озонированную воду через активированный уголь, чтобы снизить концентрацию токсичного озона и побочных продуктов озона в воде.
7. Следите за ОВП при использовании озона. Если он поднимается выше 375 мВ, а он вполне может и не подниматься, тщательно контролируйте его, чтобы он не поднимался нежелательно высоко (выше 450 мВ).
8. После того, как система начнет работать, необходимо отрегулировать поток воздуха, поток воды, настройки генератора озона, обработку GAC и другие параметры для достижения максимальной производительности. ОВП может быть использован для определения степени добавления озона. Для определения степени удаления озона и побочных продуктов озонирования из обработанной воды можно использовать набор для тестирования на хлор.
Для тех, кто интересуется дополнительными техническими деталями получения и использования озона, Стивен Спотте подробно рассказал об этом в одной из своих ранних книг “Аквариумы с морской водой: The Captive Environment” 1979 года. Хотя она немного устарела и не ориентирована на содержание рифов или на очистку воды, в ней содержится научный анализ многих вопросов, связанных с производством и использованием озона. Недавно я купил подержанную копию на Amazon за $6. Тем, кто проектирует озоновые реакционные камеры и сопутствующие устройства (скиммеры и т.д.), может быть интересна книга “Aquatic Systems Engineering: Устройства и их функционирование” Педро Рамона Эскобала.
В следующем месяце в моей статье будет подробно описано, какое влияние озон оказал на мой аквариум. А пока что,
1. О характеристиках генерации озона в озонаторе . Киккава, Такеши, Имаидзуми, Кадзу. Mitsubishi Denki K. K., Япония. Kankyo Gijutsu (1978), 7(9), 859-67.
2. Количественное исследование образования неорганических химических видов после коронного разряда – I. Производство HNO 2 и HNO 3 в контролируемой по составу влажной атмосфере . Пинарт, Ж., Смирдек, М., Пинарт, М.-Э., Аарон, Ж. Ж., Бенмансур, З., Голдман, М., Голдман, А. Лаборатория плазмы и атмосферы, Парижский университет, Париж, Фр. Атмосферная среда (1996), 30(1), 129-32. Издатель: Elsevier.
3. Генераторы озона: Возможна ли оценка эффективности “яблоко к яблоку”? Теффетеллер, Т. Журнал “Кондиционирование и очистка воды” онлайн.