Подмены воды в рифовом аквариуме
27.11.2013
Разделы: Химия
Начинающим
Содержание
Введение
Что может быть достигнуто подменами воды
Ежемесячные подмены воды: пример с нитратами
Объем подмен воды: общий случай
Объем подмен воды: пример с нитратами
Подмены воды для добавления чего-либо: магний
Подмены воды для добавления чего-либо: кальций и щелочность
Очень большие подмены воды для поддержания кальция и щелочности
Подмены воды для снижения концентрации чего-либо: сульфат из
Как делать подмены воды
     Большие единоразовые подмены воды
     Маленькие единоразовые подмены воды
     Непрерывная подмена воды
Заключение
Автор: Randy Holmes-Farley

Введение

Подмены воды, по определению, это процесс замены некоторого количества воды из аквариума “свежей” водой. Важность подмены воды и способы ее осуществления являются предметом споров и неразберихи среди рифовых аквариумистов. Многие аквариумисты широко их используют, в то время как другие не делают их вовсе. Те, кто делают, делают подмены по разным, иногда противоречащим друг другу причинам; например для восполнения “трейсовых элементов” и экспорта накопившихся “загрязнений”, однако границы этих двух понятий не ясны и, возможно, пересекаются.

Большинство неопределенностей по поводу подмен воды сводятся к трем вопросам:

1. Что содержится в аквариумной воде.
2. Что содержится в “свежей” аквариумной воде.
3. Какие уровни оптимальны для разных видов.

Не смотря на попытки некоторых авторов прояснить эти вопросы, они по прежнему не ясны. К сожалению, эта статья также не дает ответа на эти вопросы.

Что эта статья проясняет, так это то, чего именно можно достичь подменами воды. Используя известные или рассчитанные скорости добавления или истощения различных ионов в морской воде, эффект от подмены воды может быть вполне точно смоделирован. Влияние подмен воды на кальций, щелочность, магний, нитраты и сульфаты, к примеру, показано графически. В некоторых случаях, эти примеры также служат наглядной демонстрацией того, что произойдет с другими ионами, число которых будет увеличиваться или уменьшаться схожим образом. Например, накопление нитратов с подменами и без подмен воды, также может показать, как отразятся подмены воды на накоплении других базовых веществ, таких как фосфаты, органика, тяжелые металлы и пр.

Объем подмениваемой воды полностью зависит от того, какой фактический результат мы хотим получить. Если мы хотим удалить случайно добавленный токсин, подойдут массивные, быстрые и повторенные несколько раз подмены. Если для поддержания кальция и щелочности, потребуются большие ежедневные подмены воды. Если для предупреждения постепенного отклонения трейсовых элементов, таких как магний и стронций, от “нормального” уровня, подмены воды потребуются в меньшем объеме.

Предыдущие статьи о подменах воды “показали”, что маленькие подмены воды бесполезны, и даже складывалось впечатление, что и много маленьких подмен не выгодны. Также среди аквариумистов бытует мнение, что постоянная протока воды (когда вода добавляется и удаляется одновременно, обычно с помощью автоматических помп) не целесообразна, “потому-что удаляет часть только-что добавленной воды”. Как я покажу, эти предположения не согласуются с анализом типичных сценариев подмены воды. Следовательно, подменивать много воды или мало, делать это постоянно, ежедневно или изредка - выбор гораздо шире, чем думают многие аквариумисты. Доступность всех этих вариантов может позволить аквариумисту потратить больше времени на другие важные дела и меньше - на подмены воды, достигая тех же самых результатов.

Что может быть достигнуто подменами воды

Подмены воды обычно служат двум целям. Вот они:

- Повысить концентрацию чего-то расходуемого, концентрация чего выше в свежей воде

- Понизить концентрацию чего-то растущего, концентрация чего ниже в свежей воде

В зависимости от добавок, в рифовом аквариуме могут накапливаться разнообразные вещества. Результатом использования добавок для поддержания кальция, щелочности и магния, может стать накопление хлорида, сульфата, натрия и многих неорганических, а в некоторых случаях даже органических загрязнителей, которые могут содержаться в этих добавках. Различные металлы (например медь), так же, как азотные и фосфорные соединения (нитрат и фосфат например) могут накапливаться, попадая в аквариум с кормом. Вода, используемая для долива, также может содержать различные органические и неорганические включения и служить источником разных ионов (силикатов, меди и пр.) если не была соответствующим образом очищена. Даже сами обитатели аквариума могут служить источником различных органических соединений (токсины, побочные продукты метаболизма и т.д.).

Некоторые из этих нежелательных примесей можно эффективно удалить другими способами, однако некоторые удаляются только подменой воды. Накоплению хлорида или сульфата, например, нельзя воспрепятствовать никаким другим способом, кроме подмены воды (хотя устройства по типу диализа, теоретически, могут справиться с этой задей).

Аквариумисты также часто используют подмену воды, чтобы добавить вещества, потребляемые в аквариуме. Магний или стронций, например. Многие аквариумисты говорят о добавлении трейсовых элементов, но зачастую достоверно неизвестно, сколько именно их содержится в свежей соленой воде, и в какой из множества своих форм эти элементы там присутствуют (железо, например).

В общем случае, если аквариумиста все устраивает в соли, которую он использует, то не имеет особого значения, в большей или меньшей концентрации “некое вещество” содержится в аквариуме, поскольку подмена воды все равно потянет все вещества в сторону их концентраций в свежеприготовленной воде. Конечно же, размер эффекта будет полностью зависеть от того, насколько отличались концентрации и какой объем воды был подменен.

Не строя слишком много предположений, не основанных на достоверной информации, по поводу тех трех вопросов, которые перечислены ранее (т.е. что присутствует в новой и старой воде и что является оптимальным), я буду настаивать, что подмены воды полезны. Я не думаю, что они самый эффективный способ уменьшить нитраты или фосфаты (хотя намного лучший, чем ничего, как показано ниже), но они хороший способ избавиться от той органики, которая не выбивается скимером и не абсорбируется активированным углем. Подмены воды также помогают экспортировать накопившиеся со временем металлы. Например, содержание меди в моем аквариуме, судя по тестам, выше, чем в соли, которую я использую (Instant Ocean). И, наконец, подмены воды помогают поддерживать баланс важных элементов, который изменяется в результате кормления, внесения добавок и таких процессов, как кальцификация (некоторые из этих процессов смоделированы ниже).

Далее речь пойдет о том, как подмены воды различных типов и объемов могут служить достижению разных целей.

Ежемесячные подмены воды: пример с нитратами

Самый простой для анализа метод подмены воды, в то же время является самым широко распространенным: простая замена воды, выполняемая раз в месяц или около того. Этот способ предполагает сливание некоторого количества воды из аквариума и последующее добавление такого же количества свежеприготовленной воды. У этого метода есть недостатки, которые в основном обсуждаемы (такие, как приведение в соответствие температур при замене более 5-10% воды), но это тот метод, который используется большинством аквариумистов.

На рисунке 1 смоделировано снижение загрязнения, присутствующего в аквариумной воде, и предполагается, что новые загрязнения не вносятся. Мы можем рассматривать его как процент от изначального загрязнения, или как ppm нитратов, изначально пусть будет 100 ppm, чтобы рассмотреть конкретный случай. Эта модель не зависит от типа вещества, и предполагается, что рассматриваемое вещество не добавляется и не производится в аквариуме в течение года. Приведено сравнение четырех разных сценариев смены воды: раз в 30 дней производится подмена 0%, 7.5%, 15% и 30% воды. Такой диапазон был выбран, чтобы отобразить те объемы подмен воды, которые производит большинство аквариумистов, хотя некоторые, возможно, используют немного большие или частые подмены. Модель очень простая: каждые 30 дней концентрация нитратов уменьшается за счет подмены воды. В случае 15% подмены, например, концентрация умножается на 0.85.

1.jpg

Рисунок 1. Концентрация нитратов как функция от времени, когда выполняются подмены воды 0% (нет подмены), 7.5%, 15% и 30% от общего количества воды каждый месяц. В этом примере нитраты представлены как 100 ppm в начале и не добавляются и не убывают в течение года, за исключением подмен воды. Ось У также может рассматриваться как процент от начальной концентрации для любого вещества, которое не добавляется или не убывает из воды каким либо иным способом, кроме подмен.

Рисунок 1 наглядно демонстрирует, что чем больше объем подмены воды, тем быстрее нитрат убывает. Эта модель не отображает реальности, поскольку концентрация многих веществ не только сокращается благодаря подменам воды, но и возрастает в результате различных процессов.

На Рисунке 2 отображен тот же тип модели, но концентрация нитратов возрастает, начиная с 0 ppm и увеличиваясь на 0.1 ppm в день (это приблизительная величина для типичного рифового аквариума, в котором в течение нескольких месяцев концентрация нитратов может достигнуть 5-10 ppm). Эта модель вполне правдоподобна и может иметь место в рифовом аквариуме, где начальная концентрация нитратов равна 0 ppm.

2.jpg

Рисунок 2. Концентрация нитратов как функция от времени, когда выполняются подмены воды 0% (нет подмены), 7.5%, 15% и 30% от общего количества воды каждый месяц. В этом примере нитраты представлены как 0 ppm в начале и накапливаются со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать.

На Рисунке 3 представлена гибридная модель, в которой начальный уровень нитратов 100 ppm, а скорость накопления - 0.1 ppm, как во второй модели. В этом случае очень хорошо видно, как эффективно подмены воды лимитируют концентрацию нитратов. По видимому, этот сценарий отражает ситуацию с подменой воды в рыбных аквариумах, где накопление нитратов - главная проблема и где другие методы его экспорта не так часто используются, как в рифовом аквариуме, а поддержание особенно низкого уровня нитрата не так критично, как в рифовых аквариумах. Несомненно, большие подмены воды гораздо более эффективны, чем маленькие, при одинаковой частоте этих подмен. Подмена 30% воды один раз в месяц доводит концентрацию нитрата до 9 ppm через год, в то время как подмена 7.5% один раз в месяц дает концентрацию нитратов 64 ppm через год.

3.jpg

Рисунок 3. Концентрация нитратов как функция от времени, когда выполняются подмены воды 0% (нет подмены), 7.5%, 15% и 30% от общего количества воды каждый месяц. В этом примере нитраты представлены как 100 ppm в начале и накапливаются со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать.

Подобный анализ, к сожалению, и является той причиной, по которой многие аквариумисты считают маленькие подмены воды не слишком эффективными. Да, то же самое количество маленьких подмен воды не столь же эффективно, как такое же количество больших подмен воды. Но нет совершенно никаких причин сохранять это количество тем же самым. Далее показано, как маленькие подмены с тем же самым объемом свежей воды приближаются по эффективности к большой.

Объем подмен воды: общий случай

Как показано выше, большие подмены воды гораздо более эффективны, чем маленькие, при одинаковой частоте этих подмен. Однако решение о том, как именно подменивать воду, не должно базироваться исключительно на приведенном выше анализе. Результаты этого анализа будут другими, если у аквариумиста будет фиксированный объем воды для подмены, и он просто будет решать, какими частями его осуществить.

Например, есть аквариум объемом 100 галлонов и цель - подменивать 30 галлонов воды каждый месяц. Можно подменить все 30 галлонов за один раз, за два раза по 15 галлонов, по 10 галлонов в три приема, по 5 галлонов за шесть раз или 30 раз по 1 галлону. В крайнем случае, мы можем думать о подменах бесконечно маленького количества воды бесконечно большое количество раз, в результате все равно подменивая те же 30 галлонов (я именно так и делаю в своем аквариуме).

Аквариумисты обычно думают, что много маленьких подмен не столь эффективны, как одна большая, посколько подменивается и та часть воды, которая была недавно налита. Это верное направление мысли, но результат переоценивается. После трехкратной подмены по 10%, только 10% первой 10-ти процентной подмены будут подменены вторично (1% от всего объема). Так что, разница не велика. Мы можем математически вычислить эффективность таких подмен следующим образом. Если использовать наш 30% пример, тогда одна подмена 30% воды убирает 30% загрязнений, исходя из предположения равномерного распространения загрязнения в воде. Если мы подменим шесть раз по 5% воды, тогда уменьшение загрязнений = 1-(0.95)6 = 26.5%. Так что, это менее эффективно (шесть 5% подмен эквивалентно единоразовой подмене 26.5% воды), но не радикально хуже. При каждом уменьшении объемов, разница между ними будет уменьшаться. Произведя тридцать 1% подмен, мы удалим 1-(0.99)30 = 26.0% загрязнений.

Предельный случай бесконечно малых подмен воды бесконечно большое количество раз является апроксимацией непрерывных подмен воды, когда вода добавляется с той же скоростью, с которой убывает. Как это сделать на практике, будет описано далее. Этот случай - стандартный пример из задачника по высшей математике (если точнее, из дифференциальных уравнений). Исходя из предположения, что аквариум хорошо перемешивается при подмене воды, оставшееся загрязнение будет выражаться формулой:

I = Ioe(-C/T)

где I - количество загрязнения в данный момент, Io - количество загрязнений в начальный момент, е - константа 2.71828 (математическая постоянная, основание натурального логарифма - прим. переводчика), С - объем подмененной воды, Т - общий объем воды. Итак, при подмене 30% воды в аквариуме объемом 100 галлонов, останется загрязнений Io х 0.74 (точнее 0.7408 - прим. переводчика), т.е. загрязнения сократятся на 25.92%.

В таблице, приведенной ниже, сравниваются результаты для 30% подмены воды, произведенной за различное количество маленьких подмен. Ясно видно, что одна 30% подмена немного лучше, чем прочие (70% против 72-74% оставшегося загрязнения), но разница достаточно мала, а разница между другими градациями и вовсе незначительна.

Table1.jpg

Этот же анализ может быть произведен для больших по объему подмен воды. На Рисунке 4 показан график эффективности подмен воды как функции объема подмены воды, когда подменивается 100% всего объема (пояснения в подписи к Рисунку 4 - прим. переводчика). Ясно видно, что очень большие подмены гораздо более эффективны. В аварийной ситуации, когда некие токсины должны быть быстро выведены из системы, произвести две 50% подмены или одну 100% значительно лучше, чем делать двадцать подмен по 5%. При нормальном же течении событий, когда большие подмены воды, во избежание стресса для морских организмов, обычно не выполняются, и обычные подмены составляют 0-30% объема, эффективность подмен не меняется очень сильно от изменения соотношения частота/объем (см. риунок 5).

4.jpg

Рисунок 4. Эффективность подмен воды различных объемов, при которых подмениваются все 100% объема воды. Например, 50% на оси Х означают две подмены воды по 50% каждая, 10% означают десять подмен по 10% каждая, и т.д. Ось У представляет процент от изначального загрязнения после всех выполненных подмен.

5.jpg

Рисунок 5. Эффективность подмен воды различных объемов, при которых подмениваются все 100% объема воды, как и на Рисунке 4. Это увеличенная часть графика, демонстрирующая эффективность подмены воды 0-30%, наиболее часто используемых аквариумистами.

Объем подмен воды: пример с нитратами

Приведенный ранее пример с нитратами и ежемесячной единоразовой подменой воды можно рассмотреть и для случая с более частыми, но меньшими по объему подменами. На Рисунке 6 отображены результаты, полученные при ежедневных подменах воды, общим объемом в 7.5%, 15% и 30% в месяц (т.е. 0.25%, 0.5% и 1% в день). Этот график можно сравнить с Рисунком 1, и на Рисунке 7 показано наложение Рисунка 1 на Рисунок 6. Из Рисунка 6 видно, что ежедневные подмены воды вполне сравнимы с большими подменами воды раз в месяц по эффективности сокращения концентрации нитратов за год, при условии, что в итоге подмениваются одни и те же объемы воды. В то же время, непрерывная подмена воды так близка по своей эффективности к ежедневным подменам воды, что для данных, отображенных в Рисунках 6 и 7, результат постоянной подмены воды неотличим от результата ежедневных подмен (это хорошо видно и в Таблице 1, где непрерывная подмена и ежедневные подмены 1%х30 раз, практически совпадают по эффективности).

6.jpg

Рисунок 6. Концентрация нитратов как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере нитраты представлены как 100 ppm в начале и не добавляются и не убывают в течение года, за исключением подмен воды. Ось У также может рассматриваться как процент от начальной концентрации для любого вещества, которое не добавляется или не убывает из воды каким либо иным способом, кроме подмен.

7.jpg

Рисунок 7. Наложение данных об уменьшении концентрации нитратов от подмен воды с Рисунков 1 и 6 позволяет сравнить уменьшение концентрации нитратов в процессе ежедневных и ежемесячных подмен воды.

Распространим эти рассуждения на накопление нитратов. На рисунке 8 показаны результаты в случае, когда концентрация нитратов начинается с 0 ppm и накапливается, при этом подмены воды производятся на ежедневной основе.

8.jpg

Рисунок 8. Концентрация нитратов как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере нитраты представлены как 0 ppm в начале и накапливаются со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать.

Эти данные можно сравнить с Рисунком 2, на Рисунке 9 и 10 сравниваются два метода (ежедневный и ежемесячный) для подмен воды 7.5% и 30% от общего объема в месяц, соответственно.

9.jpg

Рисунок 9. Наложение данных об уменьшении концентрации нитратов от подмен воды, при ежемесячных и ежедневных подменах, 7.5% общего объема в месяц. В этом примере нитраты представлены как 0 ppm в начале и накапливаются со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать. Использованы данные с Рисунков 2 и 8.

10.jpg

Рисунок 10. Наложение данных об уменьшении концентрации нитратов от подмен воды, при ежемесячных и ежедневных подменах, 30% общего объема в месяц. В этом примере нитраты представлены как 0 ppm в начале и накапливаются со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать. Использованы данные с Рисунков 2 и 8.

Рисунок 11 - увеличенная версия нижней части Рисунка 10. При этих сценариях, между двумя методами, когда подменивается 7.5% воды от общего объема в месяц, разница невелика, а вот при подмене 30% воды в месяц, разница существенней. Прирост нитратов на 1-2 ppm ниже в случае единоразовой подмены воды, чем в случае ежедневной подмены. И оба метода гораздо лучше, чем отсутствие подмен, будучи на 30 ppm меньше чем без подмены воды (через год). Повторюсь, случай постоянной подмены воды практически совпадает со случаем ежедневной подмены (которая не отображена).

11.jpg

Рисунок 11. Увеличенная часть Рисунка 10, для возможности сравнения разницы в уменьшении концентрации нитратов между ежедневной и ежемесячной подмене воды, при общем объеме подмен 30% от объема каждый месяц.

И, наконец, мы можем смоделировать понижение концентрации нитрата в случае, когда она изначально высокая (100 ppm) и накапливается со скоростью 0.1 ppm в день, рассматривая и ежедневные и непрерывные подмены воды. На Рисунке 12 показаны ежедневные подмены. Опять же, непрерывные подмены в точности повторяют этот результат (не показано). Рисунок 13 сравнивает ежедневные и ежемесячные подмены воды при одинаковом общем объеме. Ясно видно, что не важно, на какое количество подмен воды разделен суммарный объем подмененной воды. Как ежедневные, так и ежемесячные подмены оказывают одинаково значимое влияние на концентрацию нитратов. Чем больше суммарный объем подмененной воды, тем сильнее он влияет на остаточный нитрат по истечении года.

12.jpg

Рисунок 12. Концентрация нитратов как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере нитраты представлены как 100 ppm в начале и накапливаются со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать.


Все эти заключения вполне распространимы на все прочие ионы с подобными свойствами. Графики понижения изначальной концентрации нитрата (Рисунок 1, 6 и 7, например) хорошо описывают падение концентрации какого угодно загрязнения, которое не устраняется другим способом, но и не возрастает само по себе - нечто, что было вылито в аквариум, например. Просто думайте об оси У как о проценте оставшегося изначального загрязнителя.

Графики накапливания концентрации нитратов (Рисунок 2, 8, 9, 10 и 11) описываю эффект, который можно ожидать от других ионов, изначально в чистой воде отсутствующих. Таких, например, как металлы, которые поступают с кормом или посредством автодолива, фосфаты и органические соединения. Разумется, масштаб оси У в каждом случае может быть разным, но эффект от подмен воды разного объема будет таким же.

Наконец, графики, описывающие накапливание концентрации нитратов при изначально высоком его уровне (Рисунок 3, 12 и 13) описывают эффект, который можно ожидать от тех ионов, которые уже присутствуют в загрязненной аквариумной воде.

13.jpg

Рисунок 13. Наложение данных об уменьшении концентрации нитратов от подмен воды с Рисунков 3 и 12 позволяет сравнить уменьшение концентрации нитратов в процессе ежедневных и ежемесячных подмен воды при одинаковом объеме подмен.


Подмены воды для добавления чего-либо: магний

Выше мы анализировали, насколько эффективны подмены воды для удаления нежелательных загрязнений. Однако, подмены воды также можно использовать для добавления ионов, концентрация которых со временем снижается. Класический пример - это магний, концентрация которого снижается за счет соединения его с карбонатом кальция, который, в свою очередь, используется кораллами для формирования скелета, потребляется коралловыми водорослями и выпадает в виде абиотического осадка на помпах и грелках.

В предыдущих статьях я моделировал расход магния при различных сценариях. Первый из них предполагал добавление кальция и повышения щелочности методом добавления кальквасера, в то время как магний не добавлялся. В этом случае, скорость снижения концентрации магния зависела от скорости кальцификации и типов организмов, поскольку соотношение усвоенных ионов магния и ионов кальция индивидуально для каждого организма. В той статье я выделил три скорости убывания магния - 0.1, 0.2 и 0.4 ppm в день, это тот диапазон, с которым сталкивалось большинство аквариумистов. Так что, начиная с естественного уровня магния 1280 ppm, легко предсказать уровни, которые будут наблюдаться с подменами и без подмен воды.

На рисунке 14 показано уменьшение концентрации магния при высокой скорости его потребления, при ежедневных подменах суммарным объемом 0%, 7.5%, 15% и 30% в месяц. Для большинства графиков в этой статье я показываю только результаты ежедневных подмен, составляющих определенный процент в месяц, вместо того чтоб показывать все возможные сравнения - непрерывных/ежедневных/еженедельных/ежемесячных для каждого иона. По существу, результаты одинаковы для каждого метода, пока совокупный объем подмен воды один и тот же. В нескольких случаях, я показываю все эти данные, чтобы подкрепить это утверждение.

Для рассмотрения более детально разницы в уменьшении концентрации, правда, рискуя преувеличить эффект вследствие изменения масштаба осей, Рисунок 15 показывает увеличенное изображение части данных Рисунка 14. Ясно видно, что подмены воды могут эффективно замедлить падение содержания магния, но только подмены объемом не менее 30% в месяц способны удержать его уровень не слишком низко. Рисунок 16 отображает сравнение ежедневных и ежемесячных подмен для случая 30% от общего объема в месяц и показывает, что ежемесячные подмены лучше, но не значительно.

14.jpg

Рисунок 14. Концентрация магния как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере магний представлен как 1280 ppm в начале и убывает со скоростью 0.4 ppm в день если воду не подменивать.

15.jpg

Рисунок 15. Увеличенное изображение части Рисунка 14, позволяющее сравнить скорость уменьшения при различных сценариях ежедневных подмен, эквивалентных 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день).

16.jpg

Рисунок 16. Наложение данных с Рисунков 14 и 15 позволяет сравнить уменьшение концентрации магния в процессе ежедневных и ежемесячных подмен воды при одинаковом общем объеме подмен 30% в месяц.

Чем ниже скорость уменьшения содержания магния, тем меньший объем подмен воды требуется для компенсации падения концентрации магния. На Рисунках 17 и 18 отображен эффект от подмен воды при этих, более низких, скоростях уменьшения концентрации (масштаб такой же, как на Рисунке 15). При самой низкой скорости падения концентрации, даже ежедневные подмены общим объемом 7.5% в месяц, способны поддерживать концентрацию магния выше 1250 ppm даже по прошествии года (1250 ppm это нижняя граница диапазона 1250 - 1350 ppm магния, которую я рекомендую поддерживать в рифовом аквариуме).

17.jpg

Рисунок 17. Концентрация магния как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере магний представлен как 1280 ppm в начале и убывает со скоростью 0.2 ppm в день если воду не подменивать.

18.jpg

Рисунок 18. Концентрация магния как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере магний представлен как 1280 ppm в начале и убывает со скоростью 0.1 ppm в день если воду не подменивать.

Последний сценарий уменьшения концентрации магния относится к тем аквариумистам, которые для поддержания уровня кальция и щелочности используют хлорид кальция и карбонат натрия или бикарбонат натрия (например пищевую соду, каленую или нет, соответственно). Причина, по которой этот сценарий отличается от приведенных выше в том, что добавление ионов хлорида и натрия имеет тенденцию повышать соленость. Если соленость периодически приводить к прежнему уровню (доливом пресной воды), то в результате концентрация магния будет снижаться быстрее, чем в предыдущих сценариях. Я смоделировал эту ситуацию всвязи с моей DIY двухкомпонентной системой добавок, и убедился, что при умеренном использовании этой системы (8 ppm кальция и 0.4 meq/L (миллиэквивалент/литр) щелочности в день), скорость падения концентрации магния составляет 1.2 ppm в день. Эта скорость гораздо выше, чем для того же темпа кальцификации в предыдущих сценариях (которые описаны для кальквасера, не провоцирующего эффект солености/разбавления).

Рисунки 19 и 20 показывают эффект, который оказывают подмены воды на снижение концентрации магния при этом методе двухкомпонентных добавок. Из этих графиков ясно видно, что даже при подмене 30% воды в месяц, магний не удается удержать на приемлемом уровне, когда используется эта система добавок. По этой причине я добавил “английскую соль” (Epsom salts - сульфат магния) в качестве третьего компонента в эту систему, не смотря на то, что это добавляет сложности и приводит к росту сульфата в долгосрочной перспективе (что также смоделировано далее).

19.jpg

Рисунок 19. Концентрация магния как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере магний представлен как 1280 ppm в начале и убывает при использовании умеренного количества хлорида кальция и бикарбоната натрия для поддержания кальция и щелочности.

20.jpg

Рисунок 20. Увеличенное изображение части Рисунка 19, позволяющее сравнить скорость уменьшения концентрации магния при различных объемах подмены воды, когда используется умеренное количества хлорида кальция и бикарбоната натрия для поддержания кальция и щелочности.

Подмены воды для добавления чего-либо: кальций и щелочность

Рассмотренные выше модели исследовали, что происходит с концентрациями чего-либо, что медленно потребляется в аквариуме, например магний. Однако концентрации некоторых веществ, таких как кальций и силикаты, а также щелочность, могут снижаться очень быстро. В этих случаях обычные подмены воды просто не могут компенсировать такое падение концентрации, как будет показано далее в этом разделе. Для разных рифовых аквариумов характерны разные скорости снижения концентрации кальция и щелочности. За нижний предел этого диапазона мы примем ежедневное снижение концентрации кальция на 4 ppm и снижение щелочности на 0.2 meq/L (0.56 dKH). Такая скорость оборачивается необходимостью добавлять насыщенный кальквасер в количестве приблизительно 0.5% от общего объема аквариума (1/2 галлона на аквариум в 100 галлонов), чтобы удовлетворить эти потребности.

На Рисунках 21 и 22 показано снижение концентрации кальция и снижение щелочности, соответственно, через месяц ежедневных подмен воды объемом 0% (нет подмен), 15% и 30% от общего объема в месяц. Мы предполагаем, что изначально соленая вода имела уровень кальция 420 ppm и щелочности в 4 meq/L. Ни один из рассматриваемых объемов подмен не оказывает заметного влияния на снижение щелочности и кальция. В реальности, снижение, в конечном счете, прекратится, поскольку кальцификация замедлится, а потом и вовсе остановится, когда концентрация кальция и уровень щелочности достаточно снизятся, но, особенно для первой недели, этот график вполне показателен, и это не клёво. Аквариумы с более высокой скоростью потребления (иногда в пять раз или даже еще больше для некоторых аквариумов) уронят кальций и щелочность еще быстрее. Совершенно очевидно, что “обычные” подмены воды не помогут поддерживать нужные уровни.

Некоторые марки соли содержат чрезмерное количество кальция. Использование соли, содержащей 550 ppm, сделает подмены воды более эффективными с точки зрения проддержания концентрации выше 380 ppm, но все равно не позволит при “обычных” подменах поддерживать уровень кальция в долгосрочной перспективе. В модели с низким потреблением (4 ppm кальция в день), при подмене 1% воды ежедневно, кальций упадет ниже уровня 380 ppm на 56 день. Используя регулярные единоразовые подмены “раз в месяц”, кальций упадет с 550 ppm в начале до 438 ppm перед первой подменой воды (станет 472 ppm после подмены). Спустя 23 дня, еще до того, как произойдет очередная 30% подмена, кальций уже упадет ниже 380 ppm. Конечно, при более высоких темпах потребления, кальций будет падать еще быстрее (при уровне потребления 20 ppm в день и ежедневных 1% подменах он упадет ниже 380 ppm уже через девять дней).

21.jpg

Рисунок 21. Концентрация кальция как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.5% и 1% в день). В этом примере кальций представлен как 420 ppm в начале и убывает с низкой скоростью 4 ppm в день.

22.jpg

Рисунок 22. Щелочность как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.5% и 1% в день). В этом примере щелочность представлена как 4 meq/L (11 dKH) в начале и убывает с низкой скоростью 0.2 meq/L в день.

Очень большие подмены воды для поддержания кальция и щелочности

В предыдущем разделе я показал, что обычные подмены воды, до 30% в месяц, не могут поддерживать кальций и щелочность в рифовом аквариуме на нужном уровне. Однако, достаточно большие подмены воды все-таки могут это сделать. Какой же объем подмен воды необходим для поддержания кальция и щелочности в рифовых аквариумах? В крошечном аквариуме, например в 3 галлона, большие ежедневные подмены воды могли бы быть приемлемыми. Как много нужно? На Рисунке 23 показано снижение щелочности для аквариума с низким уровнем потребления, в котором ЕЖЕДНЕВНО подменивается 0%, 5%, 10%, 15% и 30% воды. В этом случает, требуется подменивать что-то между 10% и 30% от общего объема воды в аквариуме каждый день для поддержания подходящей щелочности. Рисунок 24 отображает аналогичные данные для аквариума с более высоким уровнем потребления (1 meq/L щелочности в день). В этом случае потребуется ежедневно подменивать около 50% от общего объема воды. Схожие данные получаются для кальция (не показано), где для аквариума с высоким уровнем потребления (24 ppm кальция в день) требуется 30% и 50% подмен воды ежедневно для поддержания 364 ppm и 396 ppm кальция, соответственно. В то время, как ежедневные подмены 50% воды в большом рифовом аквариуме явно выходят за рамки обычных подмен, если не иметь прямого трубопровода к океану или колодцу с морской водой, то в 3-х галлонном нанорифе подключенная на медленную постоянную протоку помпа вполне может поддерживать адекватные уровни кальция и щелочности, автоматически подменяя 1.5 галлона воды в день.

23.jpg

Рисунок 23. Щелочность как функция от времени, когда выполняются очень большие ежедневные подмены воды 0% (нет подмен), 5%, 10%, 15% и 30% от общего объема КАЖДЫЙ ДЕНЬ. В этом примере щелочность представлена как 4 meq/L (11 dKH) в начале и убывает с низкой скоростью 0.2 meq/L в день.

24.jpg

Рисунок 24. Щелочность как функция от времени, когда выполняются очень большие ежедневные подмены воды 0% (нет подмен), 5%, 10%, 15% и 30% от общего объема КАЖДЫЙ ДЕНЬ. В этом примере щелочность представлена как 4 meq/L (11 dKH) в начале и убывает с относительно высокой скоростью 1 meq/L в день.

Подмены воды для снижения концентрации чего-либо: сульфат из двухкомпонентной добавки домашнего изготовления

В одной из описанных выше моделей (Рисунок 19 и 20) я показал, что подмены воды сами по себе не могут компенсировать уровень магния при использовании хлорида кальция и бикарбоната натрия для поддержания кальция и щелочности. В той ситуации я предположил, что те аквариумисты, которые не могут найти высококачественный хлорид магния, могли бы обходиться недорогой “английской солью” (Epsom salts - семиводный сульфат магния). К сожалению, побочный эффект использования “английской соли” - накопление сульфата. Как хорошо подмены воды справляются с этим?

На Рисунке 25 показана скорость накопления сульфата, о чем я говорил в одной из предыдущих статей (прим. переводчика - речь идет о статье “Aquarium Chemistry: A Homemade Two-Part Calcium And Alkalinity Additive System”), в аквариуме с использованием этой системы (рассчитанной на компенсацию потребления 8 ppm кальция и 0.4 meq/L щелочности в день). Рисунок также отражает эффект от ежедневных подмен воды в количестве 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц. Ясно видно, что 15% и 30% подмены воды уменьшают рост концентрации сульфатов в течение года в значительной степени (на 54% и 74%, соответственно).

25.jpg

Рисунок 25. Концентрация сульфата как функция от времени, когда выполняются ежедневные подмены воды, эквивалентные 0% (нет подмен), 7.5%, 15% и 30% от общего объема в месяц (другими словами 0%, 0.25%, 0.5% и 1% в день). В этом примере сульфат представлен как естественная концентрация 2710 ppm в начале, и модель предполагает использование умеренного количества хлорида кальция и бикарбоната натрия для поддержания кальция и щелочности, и сульфат магния (Epsom salts) для поддержания магния.

Как делать подмены воды

Есть много способов подмены воды, и некоторые из них перечислены ниже.

Большие единоразовые подмены воды: Эти подмены - это то, что имеют ввиду под подменами воды большинство аквариумистов: удаление части воды из аквариума и замена ее свежеприготовленной. Аквариумисты часто говорят о подмене 10-30% в месяц таким образом. Эти подмены могут быть произведены при помощи ведра и шланга. Они также могут быть частично или полностью автоматизированы. Некоторые системы позволяют аквариумистам подменивать воду, просто открывая и закрывая нужные краны и включая соответствующие помпы.

В процессе таких подмен воды, аквариумист должен обратить внимание на параметры воды, которые получатся в результате, и убедиться, что они не чрезмерно стрессуют гидробионтов. Различия в солености и температуре, вероятнее всего, будут существенными, и чем они больше, тем хуже перенесут это жители аквариума. Если в свежеприготовленной воде есть значительное количество аммиака, который может присутствовать в воде, приготовленной из искусственной соли, или, возможно, в натуральной морской воде, которая долго хранилась, это тоже будет фактором стресса. Безусловно, любые организмы, которые окажутся на воздухе в процессе подмены воды, также могут подвергнуться изрядному стрессу. Различия в других параметрах воды, по моему мнению, с меньшей вероятностью могут стать стрессующими факторами в процессе подмены, за исключением, возможно, некоторых трейсовых элементов, которые могут быть более токсичны в свежеприготовленной искусственной морской воде, пока не будут связаны органическими соединениями уже в аквариуме, так, как это происходило бы в натуральной морской воде. Отличия в других параметрах, с которыми обычно сталкиваются, в кальции, магнии, щелочности, нитрате, фосфате, силикате, pH и т.д., на мой взгляд, вряд ли стрессуют организмы в процессе подмены на 30-50% при использовании натуральной или аэрированной искусственной морской воды.

Маленькие единоразовые подмены воды: Эти подмены сходны с большими подменами, описанными выше, но они гораздо меньше по объему и производятся чаще. Можно подменивать ежедневно 0.25% - 2%, например. Можно даже сделать серию небольших последовательных подмен в течение одного дня. Этот метод гарантирует, что гидробионты, расположенные достаточно высоко в аквариуме, не окажутся на воздухе, и что параметры воды не изменятся слишком уж резко. Эти типы подмен могут быть произведены различными способами, например один раз в день вылить воду из скимера и заменить ее свежей, или просто подменять какое-то количество воды (пол-галлона, к примеру) раз в день, автоматически или вручную. В то время, как много маленьких подмен (скажем, 30 подмен по 1% каждая) немного менее эффективны, чем одна большая (единоразовая подмена 30% воды), разница мала (30 подмен по 1% каждая - это примерно соответствует единоразовой подмене 26% воды), и, следовательно, другие факторы, такие как удобство или уменьшение стресса для организмов, могут быть важнее.

Производя единоразовые подмены 2% воды и меньше, аквариумист может особо не заботиться о параметрах воды, к которым приведет подмена, если свежая вода, конечно, разумного качества. Например, подмена 1% воды свежеприготовленной водой с температурой 55°F (12.8°C), из резервуара в подвале, поменяет температуру в аквариуме всего с 81°F (27.2°C) до 80.74°F (27.08°C). Разница в солености также врядли будет значительна.

Непрерывная подмена воды: Непрерывная подмена воды, не смотря на свое название, не обязательно предполагает ежеминутную подмену воды круглосуточно. Отличительной особенностью этого метода является то, что вода добавляется в аквариум и удаляется из него одновременно. Фактически, скорость добавления может быть выше или ниже. Аквариумисты (включая меня самого) обычно проделывают это при помощи двух соответствующих друг другу помп, одна из которых выливает воду из аквариума, а другая, в то же время, добавляет такое же количество новой. Зачастую эти помпы - части одного и того же механизма (например двухканальная перистальтическая помпа или мембранный насос с двумя головками), но это не обязательно. Я использую мембранный насос с двумя головками, способный прокачать максимум 30 галлонов в день через каждую головку (Reef Filler от Champion Lighting). В моем случае, поскольку у меня бак объемом 44 галлона, все, что мне нужно сделать для подмены 44 галлонов и меньше - это просто включить помпу. Старая вода сливается в канализацию. Иногда я подмениваю все 44 галлона за раз, что занимает, примерно, полтора дня. Иногда я включаю помпу на несколько часов и потом жду несколько дней.

Эти подмены немного менее эффективны, чем единоразовая подмена воды такого же общего объема. Непрерывная подмена 30% воды примерно соответствует единоразовой подмене 26%. Из-за своего маленького объема, эта подмена имеет преимущества в виде отсутствия стресса для гидробионтов (предполагая, конечно, что она сделана достаточно медленно) и постоянного уровня воды в аквариуме. Простота автоматизации такой подмены воды повышает вероятность того, что даже занятые и ленивые аквариумисты все же ее сделают.

Заключение

Подмены воды - это хороший способ контролировать определенные процессы, которые стремятся испортить изначальную чистоту воды в рифовом аквариуме. Концентрация некоторых веществ в определенных ситуациях увеличивается (органика, определенные металлы, натрий, хлор, нитрат, фосфат, сульфат и т.д.), в то же время концентрация других веществ падает (кальций, магний, щелочность, стронций, силикат и т.д.). Подмены воды могут служить хорошим средством исправить эту неустойчивость, а в некоторых случаях даже лучшим. Подмены 15-30% воды от общего объема в месяц (выполненные ли раз в месяц, ежедневно или непрерывно, не важно), как показали графики, приведенные выше, способствуют уменьшению дрейфа концентрации различных веществ от изначального уровня. В большинстве случаев я рекомендую подмены воды как хорошее средство ухода за рифовым аквариумом. Вообще-то, чем больше тем лучше, при соблюдении технологии подмены воды, и при условии того, что свежеприготовленная морская вода имеет соответствующее качество.

От быстрого снижения щелочности и концентрации кальция в большинстве рифовых аквариумов небольшие подмены воды помогают незначительно или не помогают вовсе. Чтобы поддержать их, не используя какие-либо другие средства, потребуются подмены порядка 30-50% от общего объема воды В ДЕНЬ. Однако, такой способ вполне применим в очень маленьких аквариумах, особенно если эти подмены воды производятся медленно и автоматически.

Удачного рифинга!


Перевод Tranquillity & zljuka_ специально для Reefcentral.ru

Первоисточник: reefkeeping.com
Переведено специально для ReefCentral.ru
Если вы увидели этот материал на другом сайте - значит, он был украден.
Просим сообщать о замеченных фактах на info@reefcentral.ru

Количество показов статьи: 21902