Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Каждый аквариумист должен понять - растения состоят из углерода [C] на 40-50% (сухого веса), а в аквариуме без подачи CO2 его настолько мало*, что им просто негде взять основной строительный материал для своих клеток! Это наглядно видно в Таблице состава растений.

Растения используя световую энергию, кислород, углерод и водород осуществляют фотосинтез.
С помощью фотосинтеза углеводы, например глюкоза, получается из двуокиси углерода CO2 по реакции:

CO2 + 6 H2O + 674.000 кал ---> C6H12O6 + 6H2O
или CO2 + 2H2O --> + O2 + H2O

Как видно это невозможно без достаточного количества CO2.
По этой формуле также видно, что процесс фотосинтеза растений требует определенного уровня энергии света (~674,000 кал). Если свет недостаточно яркий, фотосинтез происходить не будет. При уровне освещенности близком к оптимальному **, фотосинтез будет происходить все быстрее и быстрее.

Данные научных исследований (1994) фирмы Tropica () , крупнейшей компании по выращиванию аквариумных растений, показали что в природе при достаточном количестве питательных веществ CO2 + свето являются главными лимитирующими факторами роста растений. При условии насыщения воды всеми питательными веществами, в компании Tropica две недели наблюдали результаты по выращиванию риччии, и получили следующие результаты:
- нет подачи CO2 + низкая освещенность - рост растений = 0. (за две недели почти никакой прибавки массы листьев)
- при малой подаче CO2 + низкой освещенности рост увеличивается в 4 раза (по причине низкой точки компенсации, LCP у водных растений)
- малой подаче CO2 + высокой освещенности рост усиливается в 6 раз.
- при сильной освещенности + высокой подаче CO2 1 грамм риччии вырастет в 6,9 грамм, это дает ежедневный прирост массы на 9,2% ! (см. график)

Если подавать много CO2 при слабой интенсивности света получим совсем незначительное усиление роста растений (зеленая линия), как и при усилении одного только освещения (синяя линяя). Но при сильном свете и высокой концентрации CO2 в воде (~15-25мг/л) эффект просто потрясающий (красная линия). При интенсивности освещения ниже точки компенсации света (LCP) рост растений останавливается и энергии света хватает только на поддержание жизни растения (желтая линия).

Даже средний уровень подачи CO2 в плохо освещенном аквариуме приводит к 4-х кратному увеличению роста растений, потому что может производится больше хлорофилла без фатальных последствий для баланса энергии растения - растение тратит меньше энергии и ресурсов для извлечения CO2 из воды, и остается больше энергии для оптимизации переработки световой энергии в ткани растения. В результате хотя не увеличивалась интенсивность освещения, растение может более эффективно использовать уже имеющийся свет. Очевидно, что выгода от увеличения интенсивности освещения + подачи CO2 превосходит эффект от повышения только одного из них.
Этот график подтверждает истину что каждый фотон независимо от угла падения на лист растения используется для реакции фотосинтеза, т.е. использование в процессе этой реакции молекул CO2 напрямую зависит от интенсивности освещения.
Прим.: одно дело получить максимальный рост, другое - Стабильность .

Из вышеизложенных фактов следует что: интенсивность освещения должна соответствовать количеству подаваемого в аквариум CO2 и наоборот.

Если освещение в аквариуме слабое, все равно стремитесь к достижению концентрации CO2 не менее 15 мг/л (это малая подача)! Еще лучше - всегда поддерживать ~30мг/л.

У подавляющего большинства любителей растений не владеющих правильной методикой недостаток света и отсутствует подача CO2, поэтому темпы роста растений соответствуют желтой линии, в лучшем случае зеленой . Увеличив только свет, вы улучшите рост и получите синюю линию, но в этом случае возникает угроза появления водорослей. И только приведя освещенность в норму и сделав подачу CO2 ускорение роста будет в несколько раз (красная линия )! Это заставит растения расти невиданными темпами.
Зачем это нужно? Во первых - вы не будете ждать несколько месяцев пока композиция приобретет запланированный вид - это произойдет всего за 1,5-3 месяца; во вторых - это дает возможность часто подрезать растения и точно формировать композицию; в третьих - только достаточно молодые листья водных растений имеют идеальное состояние и соответственно, идеальный внешний вид. Только при очень быстром росте растений можно получить совершенный аквариум, подобный работам Takashi Amano .

почему именно co2 ?
Растениям углерод доступен в двух формах: газообразной в виде оксида углерода , и растворенной в воде как бикарбонат . Растения предпочитают потреблять CO2 не из бикарбоната, а как чистый CO2 без больших энергетических затрат, кроме того многие растения не могут напрямую утилизировать бикарбонат для фотосинтеза. Растворенный в воде оксид углерода (CO2 - углекислый газ) дает растениям самый лучший и наиболее легко ассимилируемый источник углерода.

какая концентрация co2 нужна растениям?
Оксид углерода CO2 хорошо растворяется в воде. Концентрация CO2 в воде и воздухе уравнивается при 0,5мг/л. К сожалению CO2 растворяется в воде в десять тысяч раз медленнее чем в воздухе. Эта проблема решается относительно толстым недвижимым слоем (unstirrable layer или Prandtl boundary) который окружает листья водных растений. Недвижимый слой водных растений это слой спокойной воды через которую газы и питательные вещества должны диффундировать чтобы достичь листьев растений. Его толщина около 0,5мм, что в десять раз толще чем для наземных растений.
Как следствие этого, чтобы обеспечить оптимальный фотосинтез водных растений концентрация свободного CO2 в воде должна быть порядка 15-30мг/л , при этом нельзя превышать предельно допустимую концентрацию CO2 для рыб 30мг/л.
Низкая растворимость CO2 в воде, относительно толстый недвижимый слой и высокая концентрация CO2, нужная для обеспечения фотосинтеза подсказали одному ученому утверждение: "Для пресноводных растений, естественный уровень соединений углерода в воде является главным сдерживающим фактором фотосинтеза..." (подробнее см. оптимальное насыщение воды CO2 и )
Прим.: ADA используя диффузор и отключение CO2 на ночь подает углекислоту до значительно больших значений, хотя из-за интенсивного потребления растениями концентрация в воде не превысит 30мг/л. Получаемый туман из мелких пузырьков дает газообразный CO2, что значительно ускоряет рост растений.

co2 и кислород
Вопреки распространенному заблуждению, углекислый газ не вытесняет из воды кислород*** и не ограничивает его доступность для дыхания рыб - они успешно сосуществуют. Наоборот - благодаря хорошему росту растений концентрация кислорода днем, когда растения активно фотосинтезируют, достигает 11 мг/л, что намного выше 100% границы насыщения при температуре воды 24С, и к утру падает только до 8,0 мг/л. Для нормальной жизнедеятельности рыб достаточна концентрация растворенного кислорода в воде 5 мг/л (насыщение 60%). На самом деле в аквариуме с растениями качество среды настолько выше чем в обычном аквариуме, что рыбы будут в значительно лучшей форме, и большинство видов будет размножаться без всякой стимуляции к нересту, а мальки прекрасно вырастают в общем аквариуме (если им подходит тот корм что размножается в общем аквариуме, мелкий циклоп и пр.). При подаче CO2 и pH 7.2-7.5 даже содержание малавийских цихлид дает прекрасные результаты с регулярным размножением в общем аквариуме.

отключение co2 на ночь
Что касается вопроса выключать подачу CO2 на ночь или нет, то здесь есть два мнения. Одни источники утверждают что этого делать не нужно. Считают что если в аквариуме до 1200 литров нормально буферизированная вода (с dKH=2-4), и он не перенаселен рыбами, содержание кислорода к утру остается достаточно высоким (8мг/л), а pH более-менее стабилен. Использование подачи CO2 по ADA при помощи диффузора имеет свои особенности, позволяет отключать подачу газа на ночь без опасений, и дает неожиданно хороший эффект !
Растения потребляют CO2 только во время фотосинтеза, поэтому подача газа ночью просто не нужна. Максимальный фотосинтез происходит утром , когда в воде много свободного CO2, а уровень O2 и солнечной иррадиации наиболее низкие [см. ], поэтому важно утром перед включением света насытить воду углекислотой включив подачу CO2 за 1-2 часа ДО включения света. При Ступенчатом методе освещения активность Rubisco значительно больше и потребность в CO2 утром ниже чем при равномерном и потребление CO2 эффективнее, поэтому включать подачу CO2 за 1-2 часа до включения света не нужно. [см., раздел Metabolic flexibility]
Обычно выбор делается на основании личных предпочтений. Если подавать CO2 методом распыления на ночь ее отключают, если же методом растворения (в канистровый фильтр) то нет, позволяя сэкономить на стеклянном диффузоре и убрать один прибор из аквариума, значительно сократить расход газа, и сделать обслуживание системы проще. Распыление может давать несколько лучший вид растений и очень хорошо очищает воду от взвеси. В любом случае одним из решающих факторов стабильности аквариума является стабильность подачи CO2. Оба варианта работают хорошо.

баланс света и co2
Интенсивность освещения и подача CO2 должны соответствовать друг другу.

Исследования фирмы Tropica подтверждают то, что говорил Takashi Amano для Aqua Journal : "Ватты света должны соответствовать количеству подаваемого CO2. Если свет слишком интенсивный и растения не получают достаточного количества CO2, сильный свет принесет больше вреда чем пользы."

тоже говорит что слишком много света без соответствующей подачи CO2 приносит растениям только вред. Для фотосинтеза растений не всегда нужно очень много CO2, что видно из формулы фотосинтеза: 6 CO2 + 12 H2O --> C6H12O6 + 6 H2O. При этом растения могут выделять кислород (активно фотосинтезировать) даже БЕЗ поступления питательных веществ! Это не может продолжаться долго. Растения становятся все более слабыми несмотря на активный фотосинтез. При этом потребление ими фосфатов и азота из воды уменьшается, а этим сразу воспользуются водоросли.

Если много света но недостаточно CO2, растения не будут активно расти и появятся водоросли. Вносимые жидкие удобрения (например PMDD) еще больше усугубят проблему. С другой стороны если недостаточно света, а CO2 подается много, растения не потребляют CO2 и его концентрация может превысить допустимый предел став токсичной для рыб и беспозвоночных (>30мг/л). Некоторые растения более светолюбивые чем другие, например длинностебельные с очень тонкими листьями. Требуя больше света они, соответственно, требуют и большей подачи CO2 ! Как говорит Takashi Amano, нет сложных и простых растений, просто есть светолюбивые и тенелюбивые - кроме разного необходимого количества света и CO2 они ничем не отличаются. Следует с самого начала создания NA определить мощность флуоресцентных ламп и подачу CO2, чтобы в последующем эти факторы не уменьшали рост растений - будет проще определение их потребности в других питательных веществах. [См. Ole Pedersen, Claus Christensen and Troels Andersen , 1994 www.tropica.com.]

сколько подавать co2

Как сделать pH и насыщение воды CO2 идеальными для растений? Сделать в аквариуме KH=min.4 градуса, и отрегулировать подачу CO2 так, чтобы pH установился на уровне 6,8 утром и 7,2 вечером - в результате средняя концентрация CO2 будет ~15-30мг/л.

pH и KH это то что каждому, кто держит аквариум с растениями абсолютно необходимо понимать. Это два взаимосвязанных понятия.
pHэто мера кислотности воды (acidity). Ее определяет негативный логарифм количества гидроксидных ионов (H+) в воде - чем их больше, тем ниже pH. pH реакция воды может быть кислой (мене 7,0), нейтральной (pH=7,0) или щелочной (pH>7.0).
Карбонатная жесткость kН(т.е. карбонатная жесткость) это мера щелочности воды. KH указывает на способность удерживать pH на определенном уровне, то есть является показателем буферных свойств воды . Она постоянно изменяется, поэтому ее называют временной жесткостью . Значение KH это количество бикарбонатfов в воде, которые нейтрализуют действие постоянно образующихся в аквариуме кислот понижающих pH, удерживая тем самым pH от понижения.

В природе концентрация CO2 в воде редко бывает столь высока как того требует подводный сад, но в естественных водоемах соотношение поверхности воды, через которую поглощается CO2, к массе растений несоизмеримо больше чем в аквариуме, и его запасы постоянно возобновляются течением и выделением из донных отложений. Без искусственного обогащения воды CO2 весь доступный в аквариуме углекислый газ будет использован растениями за первые час-два после включения освещения и рост остановится.

На практике темпы подачи можно определить так (при 100% эффективности реактора):
при kH=2-4 подача должна быть 1 пузырек в минуту на каждые 10л воды в аквариуме. Это даст CO2=7-19мг/л при pH=6.8-7.2.
О том как использовать значительно большую подачу говорилось ¬.

Эти рекомендации дают только ориентировочные безопасные рамки подачи CO2. Наиболее эффективный способ подачи CO2 это метод распыления . Это можно сделать при помощи стеклянного диффузора, диффузора-помпы , или реактора конструкции Tom Barr .

влияние co2 на pH

co2 понижает pH
При подаче CO2 в аквариум в воде образуются небольшие количества угольной кислоты (0.1-0.2%), она диссоциирует на ион и бикарбонат (основа KH), концентрация ионов H+ увеличивается, понижая рН - значит подавая CO2 мы можем понижать рН в аквариуме одновременно давая важнейший питательный элемент для роста растений - углерод [C].
С понижением pH в воде увеличивается доля углерода в форме CO2, т.е. растворенного в воде CO2 становится больше чем бикарбонатов. (см. ниже в разделе "pH") Так как на значение pH влияет карбонатный буфер KH и концентрация CO2 в воде, то взаимосвязь (pH <-> KH <-> растворенный CO2) является жесткой . В связи с тем что pH в основном определяется наличием карбонатного буфера KH, количество подаваемого CO2 зависит от того, кокой нам нужен уровень pH в аквариуме с растениями. То есть в тройке (pH - KH - CO2) pH и KH являются заданными величинами, а подача CO2 будет регулироваться для обеспечения одновременно оптимального уровня pH=6.8-7.2 и концентрации углекислого газа в воде. Для получения оптимальной концентрации CO2=15-30мг/л и pH=6.8-7.2 вода должна быть с исходным KH=2-8, что соответствует воде с общей жесткостью dGH=4-10.

но какими должны быть kH и pH?

pH

Оптимальным для роста растений является pH=6.8-7.2. Почему именно 6,8-7,2?

Растениям нужно много CO2 .
Для хорошего роста растений нужно много CO2. Как говорилось ранее, для растений лучший источник углерода это CO2. Но в воде углерод может существовать в двух формах: углекислого газа CO2 растворенного в воде, и бикарбоната . Растворенный в воде газообразный CO2 непосредственно поглощается ратениями путем диффузии через стенки клеток. Бикарбонат же содержит химически связанный CO2 - то есть НЕ доступный для непосредственного потребления растениями - они должны сначала поглотить HCO3- и уже внутри клеток извлечь CO2. Это сложный и энергоемкий процесс, и не далеко все растения могут это делать (подробнее).

В мягкой и кислой воде с pH<7.0 большинство углерода (~70%) будет находится в виде CO2 прекрасно усваиваемого растениями, и только 30% в виде бикарбоната , то есть: чем ниже pH, тем больше углерода находится в легко доступной для растений форме - растворенном в воде газообразном CO2! Это говорит о том что при равной подаче CO2 в аквариуме с мягкой водой с KH=2-6 (dGH=4-6°) растения получают больше CO2 чем в аквариуме с более жесткой водой.

Стабильность pH при протекании биологических процессов в аквариуме.
Буферизация это результат действия химических свойств слабых кислот. Когда слабая кислота диссоциирует в воде, отношение сформировавшихся пар кислота-основание имеет логарифмическое отношение. Если распечатать график отношения кислота/щелочность (acid-bace ratio) относительно pH, увидим что выше или ниже определенного значения pH, кривая зависимости практически плоская, то есть когда кислоты или основания добавляются в воду, pH не будет существенно изменяться! При определенном pH, называемом точкой равновесия , кривая практически плоская, означая что добавление кислот и оснований очень мало изменят pH. Заметьте что может быть больше чем одна точка равновесия, и они разные для разных кислот.
Нас же интересует угольная кислота , точка равновесия которой pH=6.37 . Это идеальное значение для аквариумных растений, так как желаемый уровень pH чуть-чуть выше этого значения и обычно имеет тенденцию к понижению потому что в аквариуме в процессе нитрификации потребляется много щелочного буфера - бикарбоната HCO3-. Так как начальный уровень pH ВЫШЕ точки равновесия и любое смещение будет по направлению к ней, довольно много кислоты может быть "буферизировано" перед тем как pH упадет ниже этой точки. В этом залог стабильности pH, и таков pH (6.6-7.2), выбранный T. Amano как оптимальный для Nature Aquarium.
Прим.: возможно на этом явлении основан метод Krause определения оптимального pH воды для конкретного аквариума.

Соотношение аммония NH4+ и токсичного аммиака NH3.
аммоний может существовать и в форме аммиака , который очень токсичен для всего живого (токсичен уже при концентрации 0,06 мг/л). Соотношение аммоний NH4+/аммиак NH3 в аквариуме в основном зависит от значения pH. Чем ниже pH, тем меньше токсичного аммиака. При pH=7.0 его только 0,5%, но при повышении pH до 7,5 аммиака уже 4%. То есть в восемь раз больше! Простое правило: при pH больше 7.0 начинает значительно увеличиваться доля токсичного аммиака. При pH=6.8-7.2 в NA будет доля токсичного аммиака в пределах 0,4-0,8%. Так как в NA поддерживается очень низкий уровень аммония/аммиака, то даже при ухудшении ситуации, pH в пределах 6,8-7,2 гарантирует отсутствие токсичного аммиака .

Активность нитрифицирующих бактерий.
При pH=6,6 нитрифицирующая деятельность бактерий составляет примерно 85% от максимального уровня. Это значит что в NA при pH=6.8-7.2 бактерии никогда не работают на максимуме, и при незначительном ухудшении параметров воды всегда смогут немного увеличить активность и справится с увеличившейся нагрузкой, сохранив стабильность аквариума. Таким образом создается такой же запас стабильности, как и в описанном выше примере с точкой равновесия pH. (Наиболее активно нитрификация протекает при pH=7,5-8,5; ниже pH7,5 она замедляется.)

KH

Теперь нужно определить какое должно быть значение KH. Мы выяснили, что в аквариуме для оптимального роста растений нужно поддерживать pH=6.8-7.2.

Мягкая вода с kH=2-5 сама по себе кислая и а в т о м а т и ч е с к и буферизируется на уровне pH=6.0-7.3 потому что большинство углерода в ней содержится в форме углекислого газа а не угольной кислоты , значит во избежание падения pH ниже нормы при подаче углекислого газа минимальный уровень kH до подачи CO2 в аквариум должен быть min.KH=4.0.

Почему не больше? Потому что если начальный уровень kHmax.>7.0, т.е. вода слишком жесткая, она будет иметь начальный pH~7.8, и для достижения нужного уровня pH потребуется превысить предельно допустимую для рыб концентрацию CO2 в 30мг/л. В этом случае просто не получится снизить pH до оптимального уровня.
Если же KH слишком низкий (kH<2), при завышенной подаче CO2 или повышении уровня нитратов возникнет угроза внезапного резкого падения уровня pH ниже 6.8 (т.н. обвал pH), что губительно для растений и рыб.

Для поддержания стабильного pH вода до начала подачи CO2 должна иметь минимальный уровень kHmin.=4 , чтобы в любой момент не исчерпался карбонатный буфер воды, и это не привело к обвалу pH. Есть и другая возможность этого избежать - субстрат с хорошими буферными свойствами который будет буферизировать pH за счет щелочности а не kH.

Далее. Вы помните, что взаимосвязь (pH - kH - CO2) является жёсткой , значит по Таблице 1 зависимости одной величины от другой по требуемому pH и заданному KH можно определить, какая будет концентрация CO2 при выбранных нами kH и pH.

По таблице видно, что при pH=6.8-7.2 и KH=4-5 концентрация CO2 будет 7,6-23,8 мг/л. Подавая в воду такое количество CO2 при KH=4-5 мы получим и оптимальный pH, и оптимальное насыщение воды CO2 для бурного роста растений в аквариуме.

Чем ниже pH (<7.0), тем больше в воде легко потребляемого растениями растворенного CO2, и тем лучше потребление растениями всех остальных питательных веществ. В то же время kH растениям совершенно не важен, важен pH. Часто значение kH равно dH, но бывает что нет. Жесткость воды dH является несущественным фактором и второстепенна для аквариума с растениями. Высокий GH вовсе не подавляет рост растений, часто даже длинностебельные растения растут в воде с жесткостью dH 10-12 лучше чем в мягкой, и вода никогда не должна быть слишком мягкой чтобы не было радикулита .

Важно знать, что подобная взаимозависимость pH/kH/CO2 характерна только для аквариума в котором основным компонентом щелочности является карбонатная жесткость воды kH (с нейтральным грунтом без органики и без растений), в аквариуме же с растениями, с богатым органикой и гуминовыми кислотами грунтом kH в буферной системе играет намного меньшую роль, что делает подобные таблицы и pH-контроллеры бесполезными. Единственный верный способ контролировать концентрацию CO2 - дропчекер с калиброванным раствором kH=4.00.

нужен ли нам вообще kH ?
Увеличение концентрации CO2 в воде вызывает понижение как pH, так и kH. Выше говорилось о том, что при подаче CO2 обязательно должен быть некий минимальный уровень min.kH который не позволит обрушиться (необратимо резко упасть) кислотности pH когда концентрация CO2 достигнет определенной величины что исчерпает весь буфер kH, то есть буферизация pH прекратится. Проблема в том что после такого обвала после снижения подачи CO2 восстановиться kH уже не сможет. То есть нужен щелочной буфер. Это так, но аквариум с растениями может обойтись вообще без kH и иметь достаточный буфер чтобы не было никакого обвала pH.
Например, если мы подаем CO2~30мг/л в очень мягкую воду, pH может быть 5.8, а kH=0. Почему тогда не происходит обвала pH и он стабильно держится? Это происходит потому, что в субстрате и в воде кроме kH (карбонат/бикарбонат) все же есть вещества буферизирующие pH, то есть еще есть щелочность, а щелочность это далеко не только карбонтаная жесткость kH...
Непонимание происходит от того что путают понятия карбонтаной жесткости kH и щелочности вообще (alkalinity). Щелочность и kH совсем не одно и то же. Щелочность это способность раствора сопротивляться падению pH (буферизировать) при добавлении кислоты. Чем выше значение, тем больше щелочность. Она формируется за счет соединений карбонатов, бикарбонатов, боратов, фосфатов, гидроксидов. А KH это только мера количества карбонатов/бикарбонатов в воде. То есть мера щелочности вовсе не обязательно показывает присутствие какого либо из этих соединений, а именно карбонатов/бикарбонатов - kH. Проще говоря, щелочность это способность удерживать pH вообще, а kH это только ее часть - карбонаты/бикарбонаты. То есть отсутствие kH вовсе не означает что раствор не имеет щелочной буферной емкости. KH воды может быть 0-1, но при подаче CO2~30мг/л обвала pH не будет – он будет удерживаться не за счет kH, а за счет других соединений дающих щелочность. Обычно kH образует большинство щелочности в системе, но в аквариуме с растениями это не так. В таких аквариумах pH удерживает буферная емкость субстрата с высоким содержанием гуминовых кислот и органики вроде ADA Aqua Soil или его аналогов , они способны делать это несколько лет. Гуминовые кислоты понижают pH до 6.8 безо всякой подачи CO2, в то же время при подаче CO2 до 30мг/л cистема уравновешивается при pH~6.5. Кроме того, часть kH и буфера субстрата постоянно возобновляется за счет подменной воды .
Но если в буферизированной иной нежели kH щелочностью при kH=0 кислотность pH не зависит от kH, как тогда контролировать концентрацию CO2, ведь тогда нельзя воспользоваться таблицей зависимости pH<->kH ? Только при помощи дропчекера с калиброванным раствором KH=4.00 .
Непонимание этих вещей иногда приводит аквариумистов к покупке самого ненужного прибора для аквариума с растениями - pH-контроллера .
Что касается благополучия растений, то им нужен определенный pH, а kH им безразличен . KH это не общая жесткость воды dH дающая жизненно важные элементы (Ca, Mg), и он никак не влияет на рост растений, только оптимальный диапазон pH 6.8-7.2 улучшает их рост. А большинство рыб подходящих для аквариума с растениями совершенно спокойно относятся даже к pH 5.5. Поэтому kH нам не нужен, но только если есть другой щелочной буфер - в субстрате.

жесткая вода
Для наилучшего роста растений требуется оптимальный pH=6.8-7.2. Если водопроводная вода имеет KH выше чем 7.0dKH, вы не сможете достичь нужного уровня потому что концентрация CO2 превысит предельно допустимую для рыб - 30мг/л. Нужно умягчить воду смешав с водой полученной после фильтрации методом обратного осмоса (KH~0).
Распространенное заблуждение - думать что при подаче CO2 снижение уровня pH в жесткой воде будет намного больше чем в мягкой. Это не так. Что для мягкой, что для жесткой воды при подаче CO2 смещение pH будет почти равным, в том числе и суточные колебания при отключении подачи CO2 на ночь. Достаточно внимательно посмотреть Таблицу kH-pH-CO2.

мягкая вода
Слишком мягкая вода несет в себе две опасности: вероятность обвала pH при подаче CO2, и недостаток Ca+Mg. Мягкая вода обычно (но не всегда!) имеет и очень низкий kH. Если в воде отсутствует щелочной буфер подача CO2 может привести к обвалу pH. Но так как kH является только частью этого буфера, нужно ли повышать карбонатную жесткость воды kH заисит от того какой у вас субстрат. Если это аквариум с растениями c богатым органикой грунтом , kH можно не повышать . В этом случае жесткость воды повышают внося только составляющие постоянной жесткости воды, например Amania GH Booster . Если же вам нужен высокий pH+kH (например вы выращиваете растения в акваруиме с цихлидами), используйте состав повышающий и GH, и kH - Amania GH+KH Booster. Можно также смешать жесткую водопроводную воду с RO-водой для получения воды с требуемым dkH и dH. О повышении жесткости RO-воды смотри в разделе восстановление RO-воды .

что делать, если карбонатная жесткость воды (KH) слишком высока?
Можно умягчить воду до требуемых KH=4 путем очистки жесткой водопроводной воды методом обратного осмоса и смешивая ее с водопроводной.
Если карбонатная жесткость воды dKH намного выше чем требуется (>=7.0), и нет возможности умягчить воду, подавать CO2 нужно до достижения концентрации не более 30мг/л (pH~7.0). Понизить pH до оптимального значения подачей CO2 не получится так как для это придется превысить допустимую концентрацию CO2 для рыб 30мг/л, но это можно сделать используя субстрат подкисляющий воду вроде ADA Aqua Soil . Никогда не используйте для этого ионнобменную колонку!

Пример. В аквариуме вода ДО подачи CO2 была KH=10. Настроим подачу CO2. Затем раз в день измерять pH (в середине осветительного периода аквариума), если pH выше 7,0 понемногу увеличить подачу углекислого газа. Когда подача CO2 будет такой что pH=7,0 это и будет оптимальная подача углекислого газа в ваш аквариум. Еще раз измерить несколько понизившееся от подачи CO2 значение KH, и по таблице узнать концентрацию CO2. При kH=6,0 и pH=7,0 концентрация CO2 будет 18мг/л, причем утром pH будет 6,8 а вечером 7,2.

Влияние фотосинтеза растений на pH в течение суток
В течение суток фотосинтез растений влияет на pH воды в аквариуме. Растения в течение дня фотосинтезируют потребляя небольшое количество угольной кислоты , при этом pH повышается.
Независимо от того, освещено растение или нет, оно дышит 24 часа в сутки. То есть растения постоянно потребляют кислород и производят CO2. Только днем, фотосинтезируя, растения потребляют CO2 и производят кислород как побочный продукт.
В густо засаженном растениями аквариуме, свет включается в 10-00 утром, и выключается в 21-00 вечером. Ночью, когда света нет, растения дышат 11 часов, выделяя CO2 который понижает pH, соответственно pH упадет к утру до 6,8. Когда утром свет включается, растения одновременно и фотосинтезируют и дышат, потребляя CO2 и выделяя кислород - pH начинает повышаться. В полдень pH поднимется до 7,0, и будет продолжать расти вплоть до 21-00 вечера, до 7,2. С выключением света pH снова начнет постепенно падать, потому что растет концентрация CO2. Чем более активно растут растения, тем больше они потребляют CO2 в течение дня, и тем сильнее к вечеру повысится pH.
Т. Амано говорит: "Для определения сколько растения потребляют CO2 можно сравнить уровень pH утром и вечером. Наименьший уровень pH будет утром - перед ВКлючением света, после ночи дыхания рыб и потребления ими кислорода и выдыхания CO2, а наивысший уровень pH будет вечером, перед ВЫключением света, после дня потребления CO2 растениями и производства кислорода. Чем больше эта разница, тем больше потребление CO2 и соответственно здоровее ваши растения." (vectrapoint.com)

Влияние процесса нитрификации на pH
В процессе нитрификации, т.е. процесса преобразования бактериями аммония NH4+ в нитрат NO3, бактерии Nitrosomonas используя NH4+ и бикарбонат HCO3- производят сначала токсичный нитрит NO2- и угольную кислоту H2CO3, а затем Nitrobacter преобразуют нитрит NO2- в безвредный нитрат NO3- в процессе чего на каждый 1мг преобразования аммония потребляется 8.64мг щелочного буфера, а именно бикарбоната HCO3-. При этом при преобразовании промежуточного метаболита азотной кислоты HNO3 до NO3 выделяется H+ что понижает pH. При преобразовании одной молекулы NH4 до NO3 высвобождается два иона H+, упрощенно процесс описывается как: NH4+ + 2O2 => H2O + H+ + H+ + NO3- (см. Understanding soil analysis data 59p.). Более детально для NH4->NO2 бактериями Nitrosomonas: 55NH4++ 76 O2 + 109HCO3- => C5H7O2N + 54NO2-+ 57H2O + 104H2CO3; для NO2->NO3 бактериями Nitrobacter: 400NO2- + NH4+ + 4H2CO3 + HCO3- + 195 O2 => C5H7O2N + 3H2O + 400 NO3- ().
В аквариуме с растениями со временем снижается как карбонатная kH и общая жесткость воды GH, так и pH. При ухудшении роста растений в воде и состояния колонии бактерий в фильтре и грунте процесс нитрификации останавливается на полпути и происходит накопление не только токсичного нитрита NO2-, но и бикарбоната HCO3-, в результате чего pH повышается.

выветривание co2
Углекислый газ очень легко выветривается из воды в окружающий воздух, так же легко как и при взбалтывании бутылки с газированной водой, поэтому нужно полностью исключить движение поверхности воды. Для этого:
- НИКОГДА не аэрируйте воду днем, только ночью
- всегда размещать выходной патрубок канистрового фильтра ниже уровня воды,
- не использовать разбрызгиватель на возврате воды в аквариум из фильтра,
- в случае применения помп для создания движения воды располагать их так, чтобы исключить движение поверхности воды.
Никогда не используйте открытые навесные фильтры типа биоколесо или водопадных как - они сильно выветривают из воды углекислый газ! Некоторые акваскейперы используют и их, но тут важно как его установить. Если повесить его на аквариум с рамкой, так что вода падает с высоты, то он выветривает CO2, если аквариум без рамок и стяжек и носик погружен в воду, то нет.

контроль концентрации co2
Для определения концентрации CO2 в воде достаточно измерить KH воды и ее pH, а затем рассчитать по формуле: CO2 = 3.0 * KH (в градусах) * 10^(7.00 - pH) . Можно также определить по таблице или графику, или с помощью калькулятора. Этот метод имеет большую погрешность и не может служить точным ориентиром.

думать что pH и co2 это одно и то же - опасно
Если падение pH происходит от большого количества СO2 в результате дыхания бактерий в грунте, можно увеличивать подачу CO2. Но если это происходит на фоне высокого уровня нитратов, значит низкий pH вызван плохим биологическим равновесием и нужно увеличить подмену воды, понизить нитрат, и только потом увеличивать подачу CO2.
Слишком высокий pH является типичной "болезнью" аквариума на ранней стадии Setup. T. Amano в разделе о борьбе с водорослями на сайте журнала Aqua Journal обращает внимание на это обстоятельство:
"...на ранних стадиях бактерий недостаточно и pH очень высокий, понизьте pH увеличив подачу CO2." (прим.: но не ранее второй недели setup!) В зрелом аквариуме в грунте и фильтре много бактерий что pH, выделяется больше CO2, и как следствие pH ниже.

* концентрация CO2 всего 2-3 ppm: от жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий разлагающих органику в грунте и канистровом фильтре, дыхания рыб и растений
**расчет мощности флуоресцентных ламп для NA смотри в разделе освещение.
*** смотри раздел роль кислорода.

Статья Ole Pedersen, Claus Christensen and Troels Andersen (2001) ,1994 www.tropica.com ();
она же на англ. в формате.pdf в он-лайн журнале: Interactions between CO2 and light stimulate the growth of aquatic plants. .
из статьи "", by George and Karla Booth, Copyright 2000, www.frii.com/~gbooth/AquaticConcepts/Articles/book.htm#Intro
,
by Dave Hueber t http://www.hallman.org, mailto:[email protected]
Horst, Kaspar, & Kipper, Horst E. (1986). The Optimum Aquarium. Bielefeld, Germany: AD aquadocumenta Verlag GmbH
By Ole Pedersen, Troels Andersen and Claus Christensen, This article first appeared in The 2007 vol. 20 (3) pp 24-33;
Interactions between light and CO2 enhance the growth of Riccia fluitans L.; Andersen T & Pedersen O. (2002); HYDROBIOLOGIA 477: 163-170
Andersen T, Pedersen O (2004) Higher CO2 concentrations alleviate co-limitation of light, N and P on growth in the aquatic liver wort Riccia fluitans L. XXIX SIL Congress. 8-14 August, Lahti, Finland,
by John Whitmarsh, Govindjee
Фотосинтез -
CO2 for Landscaped Aquariums - TFH, 06/00
CO2 Supplementation in thePlanted Tank - TFH, 03/96
на Petfrd.com
, by John LeVasseur
самая большая про CO2 (англ.)
""
www.rexgrigg.com - .
, Tom Barr
, Tropica ()
Understanding the General Chemistry of the Planted Aquarium, Gregory Morin, Ph.D, Seachem ()

Хоть от людей часто можно услышать, что им не хватает кислорода, на самом деле проблема...

Хоть от людей часто можно услышать, что им не хватает кислорода, на самом деле проблема в душных помещениях чаще всего есть с другим газом - углекислым.

Сегодня мы поговорим про избыток углекислого газа в организме (гиперкапния), который подстерегает нас во многих душных помещениях (и не только) и является причиной многих неприятностей.

Углекислый газ CO2 входит в состав земной атмосферы. Его средняя концентрация в воздухе составляет около 0,035%, или 350 ppm - миллионных долей (parts per million). Геохимические исследования показали, что примерно такой уровень - в пределах нескольких сотых долей процента - остаётся неизменным уже сотни тысяч лет.

Но вот атмосфера мест массового человеческого обитания - городов, и особенно мегаполисов, действительно формируется при непосредственном нашем участии. Во второй половине прошедшего века концентрация CO2 в сельской местности составляла те самые «среднеземные» 350 ppm, в небольших городах 500 ppm, в крупных промышленных центрах 600-700 ppm. И это, однако, не стало пределом.

Вы знаете, что мы вдыхаем кислород (О2) и выдыхаем углекислый газ (СО2) и наше дыхание зависит от рода деятельности (таблица).

Углекислый газ в помещениях образуется лишь как продукт жизнедеятельности человека, который выдыхает в 100 раз больше CO2, чем вдыхает. Потребляя около 30 литров кислорода в час, каждый из нас выделяет 20-25 литров углекислого газа. Человек в помещении производит примерно 35.2 грамма CO2 в час, и соответственно, если комната площадью 20 м2 высотой 2.5 метра, то без хорошей вентиляции каждый час концентрация углекислого газа будет расти на 584ppm каждый час.

Незначительное повышение концентрации углекислого газа вызывает у людей ощущение «спертости» воздуха, духоты. Мы отчетливо чувствуем это, когда приходим с улицы в помещение. Но наш дыхательный центр пластичен и уже спустя 10 минут мы перестаем это замечать. При более значительном повышении концентрации симптомы становятся хуже: «тяжелая» голова, головокружение, головные боли, и вплоть до необратимых изменений в организме человека. Одновременно большинству из нас знакомо ощущение духоты в помещении и симптомы связанные с этим т.е. усталость, сонливость, раздражительность. Такое состояния многие связывают с нехваткой кислорода. На самом деле, это симптомы вызваны превышением уровня углекислого газа в воздухе. Кислорода еще достаточно, а углекислота уже в избытке.

Симптомы у взрослых здоровых людей

Концентрация углекислого газа

• Нормальный уровень на открытом воздухе 350 - 450 ppm
• Приемлемые уровни < 600 ppm
• Жалобы на несвежий воздух 600 - 1000 ppm
• Максимальный уровень стандартов ASHRAE и OSHA 1000 ppm
• Общая вялость 1000 - 2500 ppm
• Возможны нежелательные эффекты на здоровье 2500 - 5000 ppm
• Максимально допустимая концентрация в течение 8 часового рабочего дня
• 5000 ppm

Где же находится тот предел, до которого мы можем не беспокоиться о состоянии своего здоровья? Вопрос актуален, поскольку большую часть жизни современный человек, и прежде всего городской обитатель, всё же проводит в помещениях, микроклимат и атмосфера которых существенным образом отличаются от условий открытого пространства. В то же время известно, что значительное (в десятки раз) повышение содержания в воздухе CO2 вызывает резкое ухудшение самочувствия, а концентрация более 5% (50 000 ppm) становится для человека смертельной.

Распространение пластиковых окон усугубило проблему углекислого газа. Почему в квартире высокий уровень CO2? Три основные причины: пластиковые окна, не работающая вытяжка и отсутствие приточной вентиляции, несоблюдение санитарных нормативов - большое количество людей в маленькой комнате. Еще раз повторю: пластиковые окна без клапанов - источник повышенного уровня СО2 в квартире

Показатель СО2 – это показатель качества вентиляции в целом!

Cегодня уровень концентрации СО2 в помещении служит основным показателем качества воздуха. Он выступает как газ-индикатор, по которому можно судить не только о других загрязнителях, но и о том, насколько хорошо работает вентиляционная система в здании. Исследования в школьном классе показали, что если в воздухе присутствуют, кроме углекислого газа, летучие органические соединения и формальдегиды, то достаточно следить только за СО2. Если вентиляция справляется с ним, то остальные загрязнители также остаются на низком уровне. Более того, по СО2 можно судить и о количестве бактерий в воздухе. Чем больше углекислого газа, тем хуже справляется вентиляция и тем больше в воздухе разных бактерий и грибков. Особенно отчетливо это заметно зимой, когда интенсивность вентиляции падает, а количество респираторных инфекций растет.

В принципе, чтобы воздух оставался чистым, достаточно наладить обмен с внешней атмосферой из расчёта 30 м3 в час на одного человека. Такие исходные данные закладываются при проектировании вентиляционных систем служебных, а также жилых помещений, которые и должны обеспечить те самые комфортные 600 ppm и не более. Хотя насчёт комфортности этого уровня некоторые исследователи высказывают весьма серьёзные сомнения.

Например, англичанин Д. Робертсон утверждает, что существующая на Земле фауна, в том числе и человек, формировалась в определённой температурно-газовой среде, в которой содержание диоксида углерода не превышало 300-350 ppm. По расчётам Робертсона, которые он опубликовал в журнале индийской Академии наук, максимальный безопасный для человека уровень CO2 равен 426 ppm. В городе такого уровня даже в парке быть не может, увы.

Как действует повышенный уровень Со2? Сразу оговорюсь, что речь идет именно о хроническом превышении. Кратковременно человек может вдыхать намного большие количества углекислого газа без видимого вреда: 30,000 ppm – Легкое отравление, учащается пульс и частота дыхания, тошнота и рвота, 50,000 ppm - Добавляется головная боль и легкое нарушение сознания, 100.000 ppm – смерть.

Основные механизмы действия углекислого газа (хронический избыток):

1. Расширение сосудов головного мозга: головная боль. Люди, старадающие мигренями и предрасположенные к головной боли, отмечают их появление при уровне от 1000 ppm.

2. Негативное влияние на дыхательную систему. В первую очередь касается астматиков, людей с бронихитами и др. Учащает приступы.

3. Влияние на работоспособность: внимание, переключение, стрессоустойчивость и др.

4. Изменение кислотно-основного состояния крови. Отдаленные последствия не изучены, вызывает слабый ацидоз.

Как известно, причиной многих проблем с самочувствием и синдрома хронической усталости может быть переизбыток углекислого газа (CO2) в воздухе помещения (). Спасает от этого проветривание и вентиляция. Для того, чтобы понимать, насколько хорошо проветривается моя квартира, я купил прибор, измеряющий уровень углекислого газа в воздухе - CO2-монитор. Я взял модель с даталогером, это очень удобно для того, чтобы смотреть, как меняется уровень CO2 в течение суток.

За последние 50 лет концентрация углекислого газа а атмосфере земли . Концентрация CO2 почти не зависит от места на земле - воздух хорошо перемешивается. Как это не удивительно, содержание CO2 в городском воздухе и в лесу отличается всего на 10 ppm. Считается, что концентрация до 700 ppm для человека не заметна и никак не влияет на его здоровье и самочувствие.

Человек при дыхании выделяет много углекислого газа, поэтому в закрытом помещении концентрация CO2 очень быстро вырастает до 2000 ppm и выше.

Существует два метода определения концентрации углекислого газа в воздухе - электрохимический (solid electrolyte) и метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии (). Электрохимический метод менее точен и датчики, работающие на его основе, недолговечны.

Производителей датчиков NDIR похоже всего два. Более известный - шведский SenseAir Сейчас SenseAir выпускает датчики K30. Датчики предыдущего поколения SensAir K22 сняты с производства, однако их сделали много и теперь продают относительно дёшево, что позволяет производить измерители CO2 по цене от $100.

Именно таким датчиком, SensAir K22 и оснащён прибор . По неизвестным причинам когда этот прибор продают под оригинальным называнием он стоит аж $390, однако хитрый продавец GainExpress на Aliexpress и Ebay продаёт этот же прибор под названием «CO98 3-in1 CO2 Carbon Dioxide Desktop Datalogger Monitor Indoor Air Quality Temperature Relative Humidity RH 0~9999ppm Clock» за . Там-то я его и купил.

Аналогичный прибор без даталогера и с менее точным датчиком влажности у того же продавца стоит .

В комплекте - прибор, блок питания, кабель USB, диск с программой, инструкция, сертификат калибровки.

Прибор показывает уровень CO2 в ppm, температуру и влажность с высокой точностью, время и дату. Кроме того показывается оценочное состояние уровня углекислого газа - Good, Normal или Poor. При желании по достижении уровня Poor прибор может начать пищать и показывать значок вентилятора - пора проветривать.

В этом приборе используется точный ёмкостной датчик влажности (±3%RH at 25°C, 10~90% RH, ±5%RH at 25°C, <10% & >90% RH). В более дешёвых измерителях CO2 стоят датчики попроще, дающие большую ошибку на низких уровнях влажности.

Прибор умеет показывать минимальные и максимальные значения всех трёх измеряемых параметров. В режиме даталогинга задаётся частота измерений (от 1 секунды до 5 часов). При долгом нажатии кнопки Log начинается запись значений в память. Во время записи мигает светодиод и основной дисплей (значение ppm постоянно сменяется надписью rec). Из-за этого мигания неудобно постоянно оставлять прибор в режиме логинга. заканчивается запись по долгому нажатию Esc. Каждая новая запись стирает предыдущую.

После окончания записи данные можно передать в компьютер. Для этого сзади у прибора есть маленький круглый разъём, а в комплекте идёт кабель USB.

Программа считывает данные с прибора и рисует вот такие графики.

Можно включить отображение температуры и влажности, но тогда на экране будет вот такая мешанина.

Датчик NDIR требует периодической калибровки, поэтому прибор автоматически калибруется раз в 7 дней. Минимальное значение CO2 принимается за 400 ppm (при этом за один раз калибровка может сдвигать показания не более, чем на 50 ppm). Для правильной работы прибора необходимо как минимум раз в неделю хорошо проветривать помещение (3-4 часа с открытым окном без людей в помещении). Этого достаточно, чтобы уровень CO2 в помещении стал таким же, как на улице и прибор правильно откалибровался.

Прибор питается только от сети. Это связано с тем, что датчик NDIR потребляет довольно много. Прибор постоянно потребляет 30 mA, раз в секунду происходит импульс потребления 200 mA. Напряжение питания - 5 вольт. Я воспользовался повербанком для того, чтобы временно использовать прибор в качестве портативного, измеряя уровни CO2 в разных помещениях.

Наличие этого прибора не только позволяет оценивать уровень CO2, но и очень стимулирует правильное и частое проветривание - смотришь на «страшные» показания прибора и тут же бежишь открывать окно.

Несмотря на то, что прибор недёшев я заказал второй другой модели, чтобы в каждой комнате было по CO2-метру. Когда придёт, расскажу и о нём.