Вдруг кому пригодится. 
Читала, заодно, кое-как 
перевела-записала для остальных.
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Озон и рифовый аквариум. Часть 1. Химия и биохимия.
Озон используется в рифовом аквариуме в течение многих лет. Утверждается, что его использование даёт много преимуществ, начиная высокой прозрачностью воды и заканчивая снижением водорослевых обрастаний. Однако популярность озона никогда не возрастала до точки, когда можно было сказать, что большинство аквариумистов используют его в рифах. По многим причинам его использование в рифах не получит широкого применения, в том числе из-за стоимости, сложности и проблем связанных с безопасностью как аквариумистов, так и жителей самих аквариумов. Говоря за себя, причины, по которым не использовал его в первые мои десять лет занятия рифовым аквариумом, были в основном из-за озабоченности токсичностью для аквариума и отсутствием осознанной необходимости.
Ещё в начале-середине 90-х годов делался акцент на озоне и других окислителях, способных повысить ОВП (окислительно-восстановительный потенциал или редокс-потенциал*). ОВП, в свою очередь, был неправильно описан, как хороший способ измерения «чистоты» воды. Так аквариумисты подняли ОВП. Тогда озон и другие окислители (например, перманганат) попали в немилость по целому ряду причин, не последней из которых стала общая тенденция в сторону менее технологических подходов к содержанию рифа.
Оказывается, однако, что применение озона может быть на подъёме. В недавний (декабрь 2005) обзор методов опытных аквариумистов показал разделение в равной степени на тех, кто никогда не применял озон, и тех, кто в настоящее время использует его или же тех, кто использовал его в прошлом, и будет делать это снова. Большинство людей, использующих озон, уделяют внимание прозрачности воды, а не расплывчатому ОВП и его пользе.
Эта статья является первой в серии, которая рассматривает множество вопросов, связанных с использованием озона в рифовых аквариумах. Статьи должны помочь понять, почему аквариумисты пользуются озоном и какие молекулярные процессы происходят при его применении. Вместе статьи помогут читателям определить для себя, является ли озон тем, что они хотят применять в своих рифах, и если да, то как это сделать.
Статьи:
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 при инициировании озона.
После краткого введения, как озон используется и некоторых заявленных преимуществ, первая статья, описывающая, что такое озон и как он реагирует с морской водой. Также о предполагаемых положительных эффектах при применении озона и о фактических химических и биохимических изменениях, которые он может вызывать.
Разделы первой статьи:
Что должен делать озон в рифовом аквариуме?
Как озон должен использоваться в морском аквариуме?
Что такое озон?
Озон и ОВП.
Что происходит от природного озона в естественной среде?
Что происходит, когда озон применяется в морской воде?
- Галогены.
- Аммиак.
- Железо.
Окисление озоном органики: обесцвечивание.
Окисление озоном органики: флотация и питательные вещества.
Озон и нежелательные водоросли.
Сокращение органических токсинов в воде при использовании озона.
Сокращение бактерий при использовании озона.
Сокращение других патогенов при использовании озона.
Токсичность производимых озоном побочных продуктов.
Токсичность бромата.
Влияние активированного угля на побочные продукты озона.
Удаление броматов биологическим путём.
Заключение.
Что должен делать озон в рифовом аквариуме?
Я спросил многих аквариумистов о том, что озон делает в их аквариумах. Список всегда во главе с повышением прозрачности воды, но также включает и другие возможности. Ниже перечень заявленных пунктов:
1. Повышенная прозрачность воды (даже если она и до использования озона была очень прозрачной)
2. Увеличение проникновения света
3. Уменьшение желтизны
4. Уменьшение количества водорослей
5. Уменьшение цианобактерий
6. Снижение производства скимата
7. Увеличение производства скимата
8. Увеличение ОВП (редокс-потенциала*)
9. Снижение нитратов
10. Снижение патогенных бактерий
11. Уменьшение циркулирующих токсинов
12. Чистая (более чистая) вода
Некоторые из пунктов имеют в основе здравый смысл, основанный на химических и биохимических процессах, связанных с применением озона, и будут подробно описаны в последующих разделах данной статьи. Другие не могут быть верными утверждениями (снижение патогенных бактерий, например), и эти вопросы также будут затронуты.
Некоторые примеры явных проблем, и, возможно, основные вопросы, связанные с использованием озона достаточно неуловимы, что большинство аквариумистов никогда не заметят их. Отбеленные кораллы, например, являются очевидным и были зарегистрированы. Отбеливание, возможно, связано с резким увеличением проницаемости света. Но предположим, что некоторые мелкие беспозвоночные в аквариуме были менее склонны к успешному размножению из-за остаточного бромата в воде. Или, что заболеваемость рыбы раком от бромата (канцероген) увеличилась, скажем, с 1 до 2% для некоторых конкретных видов рыб. Сколько аквариумистов не заметят этих изменений, или отнесут их к использованию озона, даже если это верно?
С другой стороны, многие аквариумисты, возможно, не особенно заботятся о таких неуловимых вопросах, и хотят, чтобы вода была чище независимо от предполагаемых проблем. В любом случае данные будут представлены, и аквариумист сможет решить для себя, пользоваться озоном или нет. В конце последней части этой серии статей, я представлю результаты использования озона в моём аквариуме, и прокомментирую, считаю ли я желательным использование озона в дальнейшем в моей системе или нет.
Как озон должен использоваться в морском аквариуме?
Как используется озон, и будет основной темой второй статьи серии, но для того чтобы понять многие вопросы, представленные в этой статье, необходимо иметь элементарное понимание того, как он используется.
Путь для озона, поступающего в аквариум, начинается с обычного аквариумного воздушного насоса. Воздух зачастую проходит из насоса в осушитель воздуха. Из воздуха удаляется влага, поглощаемая гигроскопичным наполнителем. Не все аквариумисты используют осушитель, но удаление влаги из воздуха, имеет, по меньшей мере, два преимущества. Следующим этапом является небольшое устройство, которое генерирует озон. Метод, используемый в озонаторах, чаще основывается на пропускании воздуха через высоковольтный электрический разряд, который разрывает части кислорода (О2) на молекулы, и когда они рекомбинируются, формируется озон (О3)(второй, менее эффективный метод, основан на использовании ультрафиолетового света, чтобы достичь того же процесса, либо путём пропускания воздуха или самой воды мимо источника УФ-света). Влага в воздухе уменьшает количество озона, образующегося в генераторе, и это также приводит к образованию азотной кислоты (HNO3 , из воды и азота в воздухе). Азотная кислота может приводить к уменьшению pH и щёлочности, а также поставляет нитраты аквариум.
После озон-содержащий воздух, как правило, отправляется в некую смесительную камеру, где аквариумная вода хорошо перемешивается с газом, в течение, по крайней мере, нескольких секунд. Аквариумисты часто используют для этих целей скиммеры или специально изготовленные для этих целей реакторы, и выбор материалов для данных целей вызывает обеспокоенность, поскольку озон может ухудшить некоторые виды пластика, резины, труб. Количество доставляемого озона колеблется в широких пределах. Многие производители рекомендуют порядка 0,3-0,5 мг/час на галлон аквариумной воды, но многие аквариумисты используют меньше или не используют его постоянно. Они считают, что, используя меньше озона, достигают своей цели в увеличении прозрачности воды, уменьшают потребность в более дорогом оборудовании и осушителе воздуха, снижают озабоченность по поводу токсичности побочных продуктов и уменьшают его негативное воздействие на скимминг.
Внутри контактной камеры, озон вступает во взаимодействие с множеством различных химических веществ, содержащихся в морской воде, включая аммиак, железо и другие металлы, бромид и йодид. Он также может взаимодействовать с вирусами, бактериями и другими организмами, поступающими в камеру. Озон сохраняется в течение всего нескольких секунд в морской воде, но оставляет других химически активных окислителей (например, бромноватистую кислоту – BrOH, HBrO*) на своём пути. Они могут затем вступать в реакцию с другими веществами, а также потенциально токсичны, и поэтому должны быть удалены прежде, чем вода вернётся в аквариум. Многие выгоды использования озона происходят в этой камере, где, например, вода становится «чище», так как некоторые пигменты растворённых и взвешенных органических молекул будут разрушены. На выходе из реактора вода проходит через достаточное количество активированного угля, чтобы снять оставшиеся побочные продукты озона. Каталитический уголь (а также некаталитический) расщепляет эти вещества до их проникновения в аквариум. Воздух, выходящий из реактора, также содержит озон, и, тоже должен пройти сквозь активированный уголь, для уменьшения беспокойства аквариумиста по поводу токсичности воздуха.
Чтобы убедиться в том, что не слишком много озона поступило в аквариум, аквариумисты должны контролировать ОВП (окислительно-восстановительный потенциал, редокс-потенциал*) в аквариумной воде. Для аквариумов, получающих небольшое количество озона, может быть возможен мониторинг. Для аквариумов, получающих большое количество озона, контролёр ОВП имеет большое значение. Он может быть использован для отключения озона, если ОВП поднимается выше заданного значения (точка либо аварийного отключения, или целевой ОВП, где генератор озона работает только часть времени, и только когда ОВП-контролёр показывает, что окислительно-восстановительный потенциал должен быть поднят к заданной точке).
Для сравнения с другими исследованиями отметим, что аквариумисты обычно используют до 0,3 ppm озона в «контактной камере» с последующим контактом порядка нескольких секунд до поступления воды в аквариум. Это значение, 0,3 ppm, основано на добавлении озона при скорости 100 мг/ч (стандартный показатель предложенный производителями генераторов озона для резервуара около 200 галлонов (757,1 л*)) в контактной камере (например, скиммере), который имеет поток 333 л/ч, 100 мг/ч / 333л/ч = 0,3 мл/л. Более высокие скорости потока дадут более низкую концентрацию озона в контактной камере или скиммере.
Все эти аспекты использования озона в рифовых аквариумах рассмотрены более подробно в следующей статье.
Что такое озон?
Озон (О3) является газом при комнатной температуре, но недостаточно стабилен, чтобы храниться в баллоне. По причине его нестабильности, аквариумисты всегда генерируют озон на месте непосредственно перед использованием. Механизмы генерации озона будут подробно описаны в следующей статье этой серии, но, вкратце, озон генерируется расщеплением молекул кислорода (О2) из воздуха и их рекомбинацией.
При низких температурах (ниже - 180 °C), озон может конденсироваться в темно-синюю жидкость. Имеет приятный сладкий аромат, который позволяет аквариумистам её обнаружить, хотя также потенциально токсична. При добавлении в морскую воду, имеет очень короткий период полураспада, лишь несколько секунд.
Озон состоит из трёх атомов кислорода, соединённых по изогнутой линии (угол О-О-О ~ 117 °), а обычный двухатомный кислород состоит из двух связанных атомов кислорода (О2). Двухатомный кислород гораздо более химически стабилен, чем озон. То есть, в частности, почему озон и является таким сильным окислителем. О2 составляет лишь около 21% (210.000 ppm) атмосферы на уровне моря, в то время как озон составляет совсем небольшую часть (обычно около 0,05 ppm).
Высоко в атмосфере (выше, примерно, 30 км), свет солнца расщепляет двухатомные молекулы кислорода на одноатомные (О), и эта форма преобладает на всех высотах, свыше, примерно, 150 километров. На высотах от 30 до 90 километров, когда О сформирована, она часто сталкивается с молекулами О2 и вырабатывается озон (О3). То есть атмосферный «озоновый слой». По разным причинам, фактический пик концентрации озона наблюдается, примерно, на высоте 50 км. И является гораздо более сильным поглотителем УФ света, чем другие газы в атмосфере. Следовательно, помогает защитить нижние слои атмосферы и поверхность Земли от УФ излучения.
Озон также может быть сформирован в нижних слоях атмосферы и, как правило, считается частью «смога». В этом случае большая часть озона образуется, когда оксиды азота (NO и NO2) от сжигания ископаемого топлива расщепляются, чтобы освободить одноатомный кислород (О). Как и на более высоких уровнях атмосферы, О реагирует с О2, образуя озон. К сожалению, озон гораздо менее желателен на более низких высотах, где находятся люди и другие организмы, которые, вдыхая его, могут получить повреждения лёгких. Когда я был мальчиком, выросшим в Сан-Фернандо в Калифорнии, небо часто было окаймлено коричневой дымкой смога. После интенсивных тренировок, мои лёгкие часто болели, когда я глубоко дышал. Этот эффект является одним из нежелательных признаков повышенного содержания озона для человека.
Вторая статья в этой серии будет повествовать и влиянии озона на здоровье более подробно, но стоит показать некоторые основные сведения о концентрациях озона и здесь. Многим потенциальные нежелательные последствия для здоровья достаточны для решения не использовать озон в доме. И по одной этой причине:
Эффекты действия озона в нижних слоях атмосферы:
0,003 до 0,010 ppm
Самые низкие уровни, обнаруженные в среднем человеком (по запаху).
0,08 ppm
Последние исследования EPA (публикации апреля 2006 года) сообщают, значительно повышают риск преждевременной смерти людей. Каждое увеличение на 0,01 ppm приводит к 0,3-процентному увеличению ранней смертности.
0,01 до 0,125 ppm
Естественная концентрация озона в воздухе.
0,1 ppm
Типичная максимальная допустимая непрерывная концентрация озона в промышленных областях, а также общественных и частных помещениях.
0,2 ppm
Длительное воздействие на людей в типичных условиях работы производится без видимых эффектов.
0,3 ppm
Пороговый уровень для носа и раздражения горла. Вредит некоторым видам растений.
0,5 ppm
Уровень, при котором в Лос-Анджелесе, Калифорнии оповещают о смоге №1. Может вызывать тошноту и головные боли.
1-2 ppm
Уровень, при котором в Лос-Анджелесе, Калифорнии оповещают о смоге №2 (1,00 ppm) и №3 (1,50 ppm). Симптомы: головная боль, боль в груди и сухость дыхательных путей.
1,4 до 5,6 ppm
Вызывает серьезные повреждения растений.
5 до 25 ppm
Смертельно для животных в течение нескольких часов.
25+ ppm
Вероятная смертельная доза для человека за час.
Озон и ОВП.
Одной из первых вещей, которые все аквариумисты хотят знать об озоне, является то, как поднимается окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, редокс-потенциал*). Но что это действительно обозначает? На самом деле, ОВП в натуральной морской воде является очень сложным вопросом, и не слишком хорошо известно, что на самом деле изменилось в морской воде, когда её ОВП поднимается или падает на небольшое значение. Вполне возможно, что точное соотношение более восстановленных форм железа и марганца (Fe++ и Mn++) уменьшается по мере того, как ОВП повышается, а более окисленные формы (Fe+++, MnO2 , и т.д.) увеличиваются. Это волнует кого-либо из аквариумистов?
Не вдаваясь в точные химические процессы, которые лежат в основе, ОВП является индикатором баланса окислительно-восстановительных реакций, происходящих в морской воде. Многие из этих реакций будут сильно зависеть от добавления сильных окислителей, таких как озон и его побочные продукты (бромат, гипобромит и т.д.). В этом смысле определение уровня ОВП аквариума полезно при использовании озона, чтобы предотвратить передозировку.
При достаточном добавлении озона, вода будет содержать легко окисляющие частицы и аквариумные жители сами начнут окисляться от этих частиц в воде. При достаточно высоком уровне, эти процессы будут убивать организмы, это произойдёт при значительной передозировке. Многие аквариумисты решили использовать конкретное значение ОВП в качестве ориентира, сколько добавлять озона. На мой взгляд, наиболее важным способом использования ОВП, является остановка озона при слишком высоких показателях. Отчасти это мнение основано на отсутствии прямой связи между «качеством» воды и ОВП при использовании химического окислителя. Существует, однако, чёткая взаимосвязь чрезмерного ОВП (скажем, выше 500 мВ) и наносимым организмам вредом.
К счастью для аквариумистов, многие из преимуществ озона, таких, как увеличение прозрачности воды и снижение желтизны, могут быть достигнуты без чрезмерных значений ОВП. Часто вода становится визуально чистой (до такой степени, что аквариумист больше не замечает воды в аквариуме) с ОВП чуть выше 300 мВ. С другой стороны, нахождение высоких уровней нежелательных побочных продуктов озона в воде при допустимых уровнях ОВП не исследовано. Вся информация, какая существует, будет подробно описана в последующих разделах данной статьи. В следующей статье этой серии будет говориться значительно шире об использовании ОВП с озоном в рифовых аквариумах.
Что происходит от природного озона в естественной среде?
Озон значимо не генерируется в океане, но океан получает озон из воздуха. При низкой концентрации озона, и при естественных концентрациях йода, как правило, присутствующего в воде (гораздо в больших количествах, чем озон), озон может реагировать с йодидом за полсекунды. Эти два примера, продемонстрируют, как йодид окисляется до гипоиодита (OI-) и йодноватистой кислоты (HIO):
O3 + I- à IO- + O2
IO- + H2O à IOH + OH-
Так как йодноватистая кислота имеет рКа (в пресной воде, константа диссоциации*) 10,4, её много в протонированной (свободной) форме и в морской воде. Иодноватистая кислота сама по себе является сильным окислителем и может реагировать с другими органическими и неорганическими веществами. Также было высказано предположение, что небольшое количество молекулярного йода (I2)может быть создано таким образом в тонком слое на поверхности океана (0.0002 ppm, или 0.3% от общего количества йода).
Одним из последствий этой реакции является то, что применение озона будет влиять на видообразование йода, о чём подробно написано в следующем разделе.
Что происходит, когда озон применяется в морской воде?
Галогены.
Когда озон применяется в морской воде в концентрациях превышающих естественное присутствие, происходит большое разнообразие реакций. Главным среди них является окисление бромида до гипобромита:
O3 + Br - à BrO - + O 2
BrO - + H2O à BrOH + OH–
Первая реакция происходит очень быстро, а период полураспада непрореагировавшего озона в воде с большим количеством бромида (в солёной воде) составляет порядка нескольких секунд. Так как рКА бромноватистой кислоты (в пресной воде) около 9, в первую очередь в протонированной (свободной) форме в морской воде, но значительное количество BrO- тоже присутствует. Бромноватистая кислота сама по себе является сильным окислителем и может быстро окислять другие органические или неорганические вещества.
Бромноватистая кислота может также реагировать различными способами (в том числе, диспропорциониированием (дисмутация*) и дополнительным окислением озоном) с образованием бромата:
BrOH (HBrO*) à à à BrO3-
Бромноватистая кислота также может быть каталитически расщеплена озоном до бромида:
BrOH (HBrO*) + O3 à 2O2 + Br- + H+
О протяжённом озонировании морской воды одна группа пришла к выводу:
«Озонирование в морской воде окисляет ион бромида до Br (бромноватистой кислоты и иона гипобромита), а затем в бромат. Если морская вода озонируется в течение более 60 минут, по существу, весь бромид преобразуются в бромат».
Такой уровень озонирования, однако, намного больше, чем используемый в рифовом аквариуме. Различные реакции, приводящие к образованию побочных продуктов озонирования воды, были тщательно изучены (особенно в контексте обеззараживания питьевой воды, содержащей бромид). Тем не менее, это сложная проблема.
В одной из недавних статей заявлено:
«Так как образование бромата при озонировании бромид-содержащих вод является весьма нелинейным процессом, применяется кинетическое моделирование для улучшения механического понимания и прогнозирования образования бромата. Полная модель состоит из более чем 50 сочетаний кинетических уравнений, которые можно решать одновременно при помощи компьютерного кода…»
и в продолжение:
«Прогностические возможности таких моделей для озонирования любой воды не стоит переоценивать».
Что ж, мы не будем пытаться просчитать, что произойдёт в рифовых аквариумах, но мы заключим, что содержание бромата и гипобромита могут быть значительными.
Бромат, как правило, после озонирования бромид-содержащей воды, существует дольше всего. Это, по сути, одна из самых больших проблем, связанных с озонированием, как способом очистки для питьевой воды, так как бромат потенциальный канцероген. По этой причине охрана окружающей среды США ограничивает его содержание только до 10 ppm в питьевой воде. При обсуждении свойств обработанной морской воды в аквариумах, BrOH/BrO- и BrO3- должны быть рассмотрены.
Существует, по крайней мере, одно документальное исследование бромата в морской воде в аквариуме. Где озон был использован для дезинфекции, и дозы выше, чем многие аквариумисты используют. Я также не знаю, насколько эффективно обрабатывалась активированным углём озонированная вода после. Тем не менее, содержание бромата в «Живых Морях» Диснейленда в Epcot Центре было отслежено. Исследователи, изучающие этот дисплей, обнаружили, что бромат составлял 0,6 ppm (при нитрате около 600 ppm). После добавления группы денитрифицирующих устройств, бромат и концентрация нитрата начали падать, предполагается, падение бромата может происходить во многих рифовых аквариумах (в которых имеет место денитрификация).
Та же реактивная реакция, приводящая бромноватистую кислоту к бромату, происходить и с йодноватистой кислотой к йодату:
IOH à à à IO3-
В океане йод преобладает в форме йодата (IO3-) и в меньшей, но всё же значительной, степени в форме йодида (I - ). Биодоступность этих форм для водорослей и других организмов варьирует от вида к виду, но йодид часто более биодоступен, нежели йодат. В любом случае, использование озона исказит содержащийся йод в сторону йодата и прочь от йодида. Что может быть значимым или нет для аквариумистов, так как важность доступности йода в воде для живых организмов, содержащихся в рифовом аквариуме, является недоказанной, но может иметь серьёзные последствия, если тесты используются для обнаружения лишь одной из форм.
Эта проблема изучалась одной группой Смитсоновского Национального Зоологического парка Департамента Здоровья Животных. Утверждалось, что рыбе необходим йодид в воде для генерирования гормона тироксина (основная форма тиреоидных гормонов щитовидной железы*). Вне зависимости от того, насколько достоверна информация (то есть могут ли рыбы восполнять потребность в йоде из воды или же они могут получать его с пищей), было показано, что озонирование морской воды, при ОВП 400 мВ (достигнутый применением озона, подаваемого в скиммер) сократил концентрацию йодида более чем наполовину. Озонирование также снизило концентрацию органического йода, и подняло содержание йодата. В самом аквариуме йодид и органический йод не определялись при озонировании. Исследователи предполагают, что при использовании озона полезны добавки йодида. Так что вывод, что «йод ненужная добавка для морского аквариума», сделанный на успешном содержании аквариума без озонирования, может не распространяться на озонируемые аквариумы.
Пока бромид остается в морской воде, эквивалентная реакция озона с хлоридом вряд ли будет существенной, так как она происходит гораздо медленнее, чем реакция с бромидом.
O3 + Cl - à ClO - + O2
Небольшое количество образованного ClO- может реагировать с бромидом, формируя BrO-.
Аммиак.
Другая потенциальная реакция озона и его побочных продуктов с неорганическими соединениями в морской воде с аммиаком. На самом деле, озон достаточно эффективен при преобразовании аммиака в нитрат. Реакция проходит достаточно быстро, если в морской воде присутствует достаточное количество аммиака, это произойдёт преимущественно в реакции, которая приводит к образованию бромата. Побочным продуктом выступает бромамин (бромный эквивалент хлорамина), но, к счастью (поскольку он токсичен), обычно далее окисляется до бромида и нитратов.
BrOH + NH3 à NH2Br
NH2Br + O3 + 2OH- à NO3- + Br- + 2H2O
Это может привести к повышению концентрации нитратов в аквариуме, однако, может также влиять на различные соотношения механизмов экспорта азота, так как некоторые методы (например, выращивание некоторых видов макроводорослей) отдают предпочтение аммиаку, в сравнении с нитратами.
Железо.
Железо может присутствовать в двух основных формах в морской воде: ионах трёхвалентного железа (Fe+++) и ионах двухвалентного железа (Fe++). Ионы трёхвалентного железа более стабильны в насыщенной кислородом морской воде, но ионы двухвалентного железа могут оставаться в течение значительного периода перед окислением до ионов трёхвалентного железа. Двухвалентные ионы с большей готовностью поглощают многие организмы (включая людей), отчасти потому, что они более растворимы, а отчасти из-за транспортных механизмов биологических мембран. Однако многие организмы могут преобразовывать ионы трёхвалентного железа в ионы двухвалентного железа, таким образом, важность конкретной формы железа не определена. В свой аквариум я дозирую двухвалентное железо.
Озон может легко преобразовывать ионы двухвалентного железа в трёхвалентные. Это окисление может, фактически, быть причиной того, что меняется ОВП морской воды. Преобразование происходит даже быстрее для комплексов ионов двухвалентного железа, чем для свободных ионов двухвалентного железа в морской воде, и, в сочетании с органикой, в состоянии держать трёхвалентное железо в растворе даже после окисления.
Наконец, озон может отделять свободное железо от очень прочных небиодоступных соединений. Комплекс железа ЭДТА, например, требует фотолитического расщепления, чтобы стать биодоступным в аквариумах без озона и озон может служить окислителем комплекса.
Окисление озоном органики: обесцвечивание.
Окисление органики - это, оказывается, основная причина, по которой аквариумисты используют озон в своих рифах, так как растворённая в морской воде органика, оказывает влияние на прозрачность и цвет воды. Он воздействует на органические вещества, потому озонирование влияет на скимминг. Хотя большинство органических соединений, которые подвергаются воздействию озона в течение достаточного периода, будут окислены до определенной степени, некоторые значительно более чувствительны, чем другие. На самом деле, концентрация озона в типичной контактной камере рифового аквариума (менее чем 0,3 ppm озона) или при дезинфекции, когда доза значительно выше, общее количество растворённой органики заметно не меняется при озонировании (хотя, возможно, позже бактерии получат новую более биодоступную окисленную органику, см. ниже).
В бассейне с морскими млекопитающими, например, было установлено, что дезинфекция, при 4 ppm озона в течение 30 минут (концентрация намного выше, чем обычно используется в рифовых аквариумах), не уменьшила общую содержащуюся в бассейне органику (~13 ppm), в то время как использование гранулированного угля уменьшило её содержание на 37%. Интересно, что сочетание озона и активированного угля ещё более эффективно, удаляется 60-78% от общего количества растворённой органики, предполагается, что озонирование изменяет некоторые молекулы так, что связывает их сильнее при пропускании через уголь. Альтернативным объяснением, которое не исключено, включает биологическое преобразование органических веществ, происходящее на поверхности угля, колониальными бактериями.
Одна исследовательская группа, изучающая реакции различных органических соединений и озона, заключила:
«…Сравнение констант скорости химических структур реагирующих групп показывают, что все реакции О3 являются высокоселективными…»
К счастью, многие органические соединения, наиболее активно реагирующие с озоном, по совпадению, как раз те, которые аквариумисты хотят устранить в аквариумах. Зрелая морская вода в аквариумах часто желтеет из-за широкого набора органических пигментов. Благодаря реакции озона со многими природными пигментами, он часто используется для «обесцвечивания» питьевой воды, не удалению органики, как таковой, а обесцвечиванию.
Для того чтобы понять этот эффект, в первую очередь, полезно разобраться, какие молекулы приводят к окрашиванию воды. Большинство органических молекул не окрашено. То есть они не поглощают видимый свет.
Основа генерации молекул, поглощающих видимый свет, естественным способом часто достигается двойными связями углерода. На рисунках 1 и 2, например, приведены структуры хлорофилла и В-каротина. Обе эти молекулы широко распространены в организмах, и содержат сопряжённые двойные связи, которые приводят к поглощению видимого света. Эти рисунки не показывают атомы водорода, но все другие атомы показаны, и углерод есть на каждом пересечении двух или более линий. Здесь важны сегменты С=С (показаны красным цветом). Не вдаваясь в химические подробности, связка С=С совместно с С-С может приводить к поглощению видимого света. Поэтому организмы приобрели такие химические составы для поглощения света, несмотря на их неустойчивость к окислению (см. ниже).
Рисунок 1. Химическая структура природного хлорофилла. Атомы водорода не показаны (для наглядности), каждое пересечение линий включает атом углерода. Двойные углеродные связи С=С, отвечающие за поглощение видимого света, наиболее активны в реакции с озоном. Показаны красным цветом.
Рисунок 2. Химическая структура природного пигмента В-каротина. Атомы водорода не показаны (для наглядности), каждое пересечение линий включает атом углерода. Двойные углеродные связи С=С, отвечающие за поглощение видимого света, наиболее активны в реакции с озоном. Показаны красным цветом.
Рисунок 3 показывает, например, реакцию озона с олеиновой кислотой (ненасыщенная жирная кислота) в морской воде. Он реагирует с двойной связью, разбивая её на фрагменты, не имеющие больше С=С связи. Следовательно, длительное воздействие доз озона будет разрушать эти связи, даже при небольших концентрациях.
Рисунок 3. Реакция озона с олеиновой кислотой (ненасыщенная жирная кислота) в морской воде. Атомы водорода не показаны (для наглядности), каждое пересечение линий включает атом углерода. Двойные углеродные связи С=С, реагирующие с озоном, показаны красным цветом. Продукты, получаемые в результате реакции с озоном в морской воде, показаны в нижней части рисунка.
Химическая активность пигментов, на рисунках 1 и 2, наглядно показывает, почему озон настолько хорош в снижении окраса воды и увеличении прозрачности: он достаточно избирательно реагирует со многими структурами, поглощающими свет, и преобразует их в непоглощающие химические структуры.
Вторым типом окрашенной органической структуры, которая накапливается в морской воде (как океана, так и аквариума), является одна из функциональных групп в гуминовых и фульвокислотах (соединения зачастую идентифицируются за счёт пожелтения воды в аквариумах). Эти «соединения» представляют собой сложные смеси многих соединений, в том числе функциональные группы фенола (рисунок 4). Фенол может реагировать с озоном, продукты распада показаны на рисунке 4. Кольцо-ОН является окрашенной группой, ионизированная форма кольца-О- и многие из продуктов распада не содержат такой функциональной группы. Таким образом, окисление фенолятов из гуминовых кислот озоном, снижает окрашенность воды в аквариуме.
Рисунок 4. Продукты реакции фенола (вверху слева) под воздействием озона. Атомы водорода не показаны (для наглядности), и каждое пересечение линий включает атом углерода. Молекулы фенола служат основой более сложных структур, гуминовых и фульвокислот, которые занимают значительную часть в пожелтении аквариумной воды.
Различные химические вещества, описанные в этом разделе, конечно, не только продукты реакции с озоном, бромноватистой кислотой и гипобромитом с органическими соединениями. Другие продукты включают бромоорганические соединения и многие другие химические структуры. Они не были полностью изучены, что не удивительно, даже в отсутствии озона, природа органических веществ, содержащихся в естественной морской воде или рифовом аквариуме, всё ещё плохо определена.
Окисление озоном органики: флотация и питательные вещества.
Ещё одним результатом разрушения органики на более мелкие, более гидрофильные частицы (Рис. 3 и 4) является то, что это часто приводит к увеличению их бактериального биологического разложения. Поэтому озон нужен только для того, чтобы начать процесс разложения, и бактерии в аквариуме закончат этот процесс поглощением органики и метаболизмом. Крупные молекулы гуминовых кислот, например, преобразуются озоном на более мелкие фрагменты, которые легче поглощаются и метаболизируются. Именно поэтому некоторые аквариумисты отмечают снижение питательных веществ после начала озонирования. Не потому, что озон оказывает непосредственное влияние на нитрат или фосфат (он не реагирует непосредственно с ними), но новая биодоступность органических веществ может приводить к росту бактерий, как добавление этанола (метод «Водки») или сахара. Растущим популяциям бактерий нужны азот и фосфаты, и, если их наличие удовлетворяет этим потребностям в повышении нитратов и фосфатов, то уровни этих веществ в воде могут падать. Этот эффект может быть временным, так как временный взрыв новой биодоступной органики спадает, и новое устойчивое состояние достигается с меньшим содержанием органических веществ и аналогичными уровнями неорганических веществ.
Скимминг – это сложный процесс, имеющий много тонкостей. В предыдущих разделах мы обсудили, как озонирование изменяет органические молекулы, и мы можем экстраполировать, как эти процессы воздействуют на скимминг. Несколько лет назад широко заявлялось, что озон увеличивает скимминг, и я утверждал тогда, что не понимаю, как это может непосредственно происходить. Большинство органических соединений найденных в рифовых аквариумах, напротив, уменьшат скимминг после реакции с озоном. Рисунок 3, например, показывает, как олеиновая кислота (охотно выбиваемая пенником) преобразуется в более полярные соединения, которые будут не так охотно выбиваться пенником, поскольку не так сильно увлекаются воздухом в водной среде.
Небольшая часть органических молекул в рифовом аквариуме может стать более скиммируемыми, если, например, они становятся более гидрофобными после реакции с озоном. Они также могут стать более скиммируемыми, если они были полностью гидрофобными перед озонированием и преобразовались в молекулы с полярным частями (амфифильные, то есть обладающие, в том числе, одновременно гидрофильными и гидрофобными свойствами*), которые более охотно абсорбируются воздухом в воде и выбиваются пенником.
Существуют ли другие способы увеличения скиммата помимо этих двух процессов? Я предположил в следующей статье, что может существовать связь с ростом бактерий (либо в самой воде, либо на связанных с ней поверхностях), а, возможно, и выпуск новых молекул по мере роста, что привело к наблюдению некоторыми аквариумистами данного эффекта.
Похоже, что теперь большинство аквариумистов утверждает, что количество скиммата сокращается при озонировании. Многие утверждают, что при озонировании скиммат практически перестал выбиваться. Откуда такая разница во мнениях по сравнению с прошлыми? Трудно сказать, и может зависеть от типа и качества, доступных на сегодня скиммеров, и других изменений в рифоводстве. В любом случае, теперь опыт многих аквариумистов говорит о том, что количество скиммата уменьшается, а предполагаемая причина в том, что органика химически преобразуется озоном в менее выбиваемую пенником. Оставшаяся органика затем будет охотнее удалена бактериями, нежели до применения озона.
Озон и нежелательные водоросли.
Многие аквариумисты сообщают о снижении количества нежелательных водорослей при инициировании озона, хотя это не является правилом. Произошло ли то же в моём аквариуме, я расскажу в третьей статье данной серии. Тем не менее, всё больше людей заявляют об этом, чтобы назвать наблюдаемый ими эффект – эффектом плацебо, где новые пользователи могли бы искать снижение количества водорослей, и поэтому «видеть» его. За счёт чего может происходить снижение количества нежелательных водорослей? Ответ на этот вопрос неясен. Не было представлено чётких объяснений, когда я задал данный вопрос очень опытным химикам, которые использовали озон в аквариуме в течение многих лет. Тем не менее, в этом разделе приводятся некоторые возможные причины.
Как описано выше, озон разрушает крупные органические молекулы до более мелких биодоступных частиц. Возможно, этот процесс управляется использованием озона и ростом бактерий в аквариуме, и на этот рост бактерий потребляются питательные вещества, так же как это происходит при дозировании органических источников углерода (метод «водки», например*). Этот процесс может быть связан с уменьшением скимминга, где органические молекулы уже не так эффективно выбиваются пенником. Куда они деваются? В голодные рты бактерий, которые затем начнут размножаться быстрее и потреблять нитраты и фосфаты, производя биомолекулы жизни (белки, ДНК,РНК, фосфолипиды и др.).
Другое расплывчатое объяснение связано с самим ОВП. Было высказано предположение, что увеличение ОВП тормозит рост микроводорослей относительно макроводорослей и других организмов, которых содержат аквариумисты. Получается что-то вроде аргументов «курица или яйцо?» , где не ясно, либо пониженный ОВП стимулирует водоросли (путём изменения доступности металлов, таких как железо, например), либо водоросли стимулируют низкий ОВП (высвобождением большого количества органических молекул, например). В любом случае, повышение ОВП может изменить биодоступность важных металлов, таких как железо. В самом деле, даже не поднимая ОВП, озон может преобразовывать прочные металлы/комплексы, повышая биодоступность металла. В любом случае, озон может склонить чащу хрупкого баланса потребления питательных веществ от микроводорослей к другим организмам (макроводорослям, бактериям, кораллам).
Сокращение органических токсинов в воде при использовании озона.
В дополнение к обесцвечиванию воды, ещё одним потенциальным преимуществом озонирования аквариумной воды является разрушение органических токсинов. Многие морские существа выделяют токсины, призванные вредить другим организмам. Если это происходит, то служит стрессом для других организмов. Кроме использования активированного угля и скиммера, озон также сыграет полезную роль в их удалении.
Как обсуждалось выше, реакция озона с органическими молекулами включает довольно конкретные типы реакций, а не удаляет все органические вещества из воды, проходящей через контактную камеру. Однако многие токсины имеют очень специфичные структуры, будучи токсичными именно потому, что они вписываются в или на некоторые важные биомолекулы в живом организме, тем самым препятствуя его нормальной работе. Даже небольшое изменение химического состава, скорее всего, уменьшит токсичность даже очень мощных природных токсинов.
В применении этого принципа на практике, озон используется, чтобы удалить токсины из воды, включая природные морские токсины. Озон, как было показано, например, нейтрализует токсин ботулизма в пресной воде в концентрациях 0,01 ppm озона и времени контакта менее минуты. Воздействуют ли реакции озона с органическими токсинами на рифовый аквариум? К сожалению, невозможно ответить на этот вопрос. Также не известно, что произойдет, в случае, если такие токсины попадут в аквариумную воду. Если это произойдёт, то ответ будет зависеть от точной структуры конкретного токсина. Озон может быть полезным с этой точки зрения, и очень маловероятно, что может ухудшить ситуацию, но использование активированного угля может быть более эффективным методом, чем озонирование.
Сокращение бактерий при использовании озона.
Бактерии и другие организмы, взвешенные в воде, могут быть убиты достаточным воздействием озона. Этот процесс широко используется для дезинфекции питьевой воды и сточных вод в различных областях применения. Дозы и экспозиция воздействия озона, требующиеся для дезинфекции, однако, достаточно высоки. Они выше, чем используемые в рифовом аквариуме, где стандартные дозы варьируют в диапазоне до 0,3 ppm в контактной камере и контакт длиться всего несколько секунд. Следовательно, аквариумисты должны быть осторожны при рассмотрении дозировок дезинфекции применимо к рифовому аквариуму.
В недавнем исследовании рециркуляции морской воды при дозировании 0,52 ppm озона, тестировали на его способность снижать бактериальную нагрузку системы. Эта доза аналогична 300 мг/ч озона применительно к типичным небольшим скиммерам дебитом 150 галлонов в час (568 л/ч). В этом эксперименте уровень взвешенных бактерий (таких, как вибрион и бактерии группы кишечной палочки) анализировали в различных местах (впуск, до озонирования, после озонирования, перед дисплеем, после дисплея). Ни в одном из случаев не было зафиксировано статистического снижения бактерий. Даже добавление инжектора Вентури к контактной камере не стало адекватной помощью (хотя количество бактерий отклонилось в меньшую сторону, но результат не стал статистически значимым). Для сравнения, при более высоких концентрациях озона и экспозиции контакта (5,3 ppm озона при 240 минутах экспозиции), Vibrio vulnificus легко погибали, с остатком менее чем одной из ста миллионов бактерий от начального количества.
Сколько озона, и сколько времени, требуется, чтобы убить взвешенные организмы в морской воде? В одном из исследований взвешенных водорослей-динофлагиллят (Amphidinium Sp., взятых у Большого Барьерного Рифа в Австралии), было установлено, что требуется 5-11 ppm озона в течение 6 часов, чтобы убить 99,99% организмов. И хотя скорость впечатляющая, но воздействие намного выше, чем когда-либо использованное в рифах. Более низкие дозы с более короткой экспозицией имели меньшую эффективность. Доза 2 ppm и малая экспозиция (не уточнено в статье), показали снижение бактерий около 98% (что вполне значимо, но не будет названо дезинфекцией).
Аналогичные результаты были получены на спорах бактерий Сенной палочки. В данном случае, при дозе 14 ppm озона в течение 24 часов, чтобы убить 99,99% спор. В другом исследовании 99,99% фекальных бактерий группы кишечной палочки, фекальных стрептококков и совокупных колиформных бактерий были уничтожены при 10 ppm озона и 10 минутного времени контакта. Экспозиция Vibrio species и Fusarium solani (бактерий, патогенных для креветок) 3 ppm озона в течение 5 минут убила 99,9% бактерий. Вода из бассейна с морской водой эффективно стерилизовалась при 0,5-1,0 ppm озона в контактной камере.
Информация по дезинфекции пресноводных систем гораздо более обширна и включает больше данных, при меньших времени контакта и концентрации. В одном из экспериментов в инкубатории Радужная форель, добавление 1-1,3 ppm озона с экспозицией 35 секунд уменьшило количество гетеротрофных бактерий в аквариумной воде на 40-90%.
Используется ли озон в типичной морской системе для уменьшения количества бактерий? Может быть, но, конечно, не в объёме, необходимом для дезинфекции. Тем не менее, сокращение 50% живых бактерий, может производить значимый эффект. Приведённые выше исследования в инкубаторе форели показали, что использование концентрации озона, в несколько раз превышающие типичные показатели использования в рифе, и примерно в 5-10 раз превышающие стандартную экспозицию, приводит такому снижению. Хотя эти данные недоступны, я полагаю, что результат на выходе воды при нормальной рифовой концентрации озона не даст такого большого снижения бактерий на целых 50%.
Разумно заключить из данных исследований, что большинство бактерий, которые попадают в камеру реакции озона в стандартной рифовой системе, не погибнет от озона или его побочных продуктов. Если цель – уничтожение бактерий в толще воды, то УФ стерилизатор может быть более полезным.
Сокращение других патогенов при использовании озона.
Был обширный анализ количества озона, необходимого для уничтожения патогена человека, Cryptosporidia parvum, в пресной воде. Большинство исследований рассматривают значительную дезинфекцию, но в некоторых показаны эффекты при снижении дозы и времени контакта, а часть исследователей разработали модели, которые указывают количество погибших организмов при любом сочетании дозы/времени. Например, при 22 °С около 63% организмов ожидаемо будет убито при 1 ppm озона с экспозицией в 1 минуту. Время контакта и концентрация обратно пропорциональны, поэтому при контакте в 6 секунд для уничтожения 63% организмов потребуется 10 ppm озона. При 0,3 ppm озона и 6 секундах контакта, характерных для верхней планки в рифе, будет убито менее чем 5% организмов.
Многие вирусы намного легче инактивировать при помощи озона по сравнению с другими патогенами. Кишечные аденовирусы, например, являются инактивированными на 99,8% после воздействия 0,5 ppm озона в течение 15 секунд. Feline calicivirus (кошачий кальцевирус*) инактивируется в размере 98,6% после воздействия 0,06 ppm озона за 15 секунд. Полиовирус типа 1 был инактивирован на 99% за 30 секунд при 0,15 ppm озона. Вирус гепатита А инактивирован на 99,999% в течение 1 минуты и 1 ppm озона. Норовирус был инактивирован в размере 99,9% за 10 секунд контакта при 0,37 ppm озона. Аденовирус типа 2 был выведен на 99,99% при 0,2 ppm озона со временем контакта около 1 минуты.
Патогенные яйца гельминтов (Ascaris suum, свиная аскарида*) были убиты в размере 90% под воздействием 3,5-4,7 ppm озона в течение 1 часа. Ещё один дополнительный час экспозиции убил остальных.
Представляется разумным заключить из таких исследований, что многие вирусы, которые попадают в камеру реакции озона в типичном рифе, могут быть убиты озоном и его побочными продуктами. Другие патогены, скорее всего, гораздо более устойчивы к воздействию озона, и вряд ли могут быть убиты. Для таких целей, УФ стерилизатор может быть более полезным, но всё ещё не полностью эффективным.
Токсичность производимых озоном побочных продуктов.
Два вида исследований токсичности производимых озоном побочных продуктов (таких, как бромат, бромноватистая кислота и т.д.) имеют отношение к рифовым аквариумистам. Первое включает тестирование морской воды, подвергнутой озонированию, а второе – тестирование конкретных соединений, растворённых в морской воде, которые, как известно, формируются при помощи озона. Большинство побочных продуктов озона неустойчивы, и поэтому имеют мало, или не имеют вообще, исследований токсичности. Бромат (BrO3-) является исключением, а его токсичность рассматривается в следующем разделе.
Большая часть исследования побочных продуктов озона несколько отличается от аквариумных условий, и должна рассматриваться в этом свете. Часто они относятся к объектам аквакультуры, где озон используется в высоких дозах для стерилизации воды. Другие исследования проводились при обеззараживании сточных вод с использованием озона, тоже высокая доза применения. Имейте в виду, что концентрация побочных продуктов озона в рифе будет максимум около 0,3 ppm в типичных контактных камерах, и будет ниже (мы надеемся, гораздо ниже), как только вода пройдет через активированный уголь и, наконец, попадает в аквариум. Концентрация данных продуктов всегда задаётся количеством озона, который производит это количество окислителя.
С точки зрения токсичности самой морской воды, одна группа сделала вывод, что рыба относительно нечувствительна к побочным продуктам озона:
«Озонирование эстуарных или морских вод может привести к значительным колебаниям бромат…токсикологические исследования показали, что концентрация бромата, которая теоретически могла быть сформирована озонированием, не оказывает токсического действия на ранние стадии жизни полосатого окуня (Morone saxatilis) и молодь горбыля (Leiostomus xanthurus)».
Личинки, как правило, более чувствительны к данным продуктам, чем икра, взрослые или ювенильные. Икра японской камбалы оказалась затронута побочными продуктами озона до такой степени, что 50% не вылуплялось после 1 минуты воздействия 2,2 ppm побочных продуктов озона. Личинки в возрасте 3-15 дней погибли в количестве 50% за 24 часа при 0,02-0,05 ppm. В данном случае, у личинок наблюдалось повреждение жаберной ткани. Икра и личинки Silago japonica также были проверены на токсичность побочных продуктов. В этом случае, половина икры и личинок погибла приблизительно через 24 часа при воздействии 0,18 и 0,23 ppm соответственно.
Некоторые микроводоросли также относительно нечувствительны к побочным окислителям (возможно, к разочарованию многих аквариумистов). Рост микроводоросли Tetraselmis chuii (морская одноклеточная водоросль*) был неизменным до 0,7 ppm. При 1 ppm наблюдалось негативное влияние на рост.
Токсикологическое исследование влияния побочных продуктов озона на креветок показало, что они менее чувствительны, чем рыбы. Капитанская креветка (Penaeus chinensis) и ложный палтус (Paralichthys olivaceus) были живыми в течение 48 часов при концентрации продуктов озона более 1 ppm, в то время как ложный палтус (рыба), в том же исследовании, жил только три часа при 1 ppm и 48 часов при 0,13 ppm.
Как и для других организмов, повреждения американской устрицы (Crassostrea virginica) побочными продуктами озона менялись в зависимости от их возраста. Даже для взрослых, накопление фекальных масс было снижено при воздействии низкого уровня в 0,05 ppm.
Влияние на коловратку (Brachionus plicatilis) также было определено. Не влияет доза ниже 0,22 ppm. Авторы указывают на то, что бактерии и другие болезнетворные микроорганизмы могут быть убиты на этом уровне, и постоянное озонирование может быть использовано для снижения бактериальной обременённости культуры коловратки.
Являются ли эти уровни токсичности побочных продуктов озона важными для рифовых аквариумистов? Сложно сказать, не зная уровней, которые используются в аквариуме. При типичном применении озона в рифе, производящем 0,1-0,3 ppm побочных продуктов в реакционной камере, уровни весьма значительны по сравнению с потенциальной токсичностью для личинок рыб и других организмов в размере лишь 0,02-0,05 ppm. После прохождения через активированный уголь, концентрация побочных продуктов должна быть значительно ниже, но насколько именно, неясно, и будет существенно варьировать в различных системах.
Токсичность бромата.
Токсичность озона и бромата «естественного» уровня в океане была исследована и обычно минимальна. Несколько исследований посвящены изучению токсичности избытка бромата для морских организмов. Один из выводов статьи:
«Тесты на токсичность бромата в отношении морских животных при хлорировании или озонировании силовой установки охлаждения воды не являются высокотоксичными. Значение LC50 колебалось от 30 ppm бромат для тихоокеанских устриц, Crassostrea gigas, личинок, до нескольких сотен ppm для рыбы, креветок и моллюсков».
Отдельные исследования показали, что тихоокеанская устрица (Crassostrea gigas) имела патологии личиночного развития при уровне бромата от 30 до 300 ppm. Оплодотворённые яйца устрицы Crassostrea virginica были убиты при 1 ppm. Моллюски Protothaca staminea и Macoma inquinata были убиты при 880 ppm. Морские динофлагелляты Glenodinium halli показали изменения роста при 16 ppm. Морские микроводоросли Isochrysis galbana показали изменения темпов роста при 8 ppm. Морские диатомы (Skeletonema costatum) продемонстрировали изменения в темпах роста от 0,125 до 16 ppm. Морские диатомы Thalassiosira pseudonana показали изменения в темпах роста при 16 ppm. Лосось (кета, Oncorhynchus keta) был убит при 500 ppm и окунь (Cymatogaster aggregata) при 880 ppm. Два вида креветок (Pandalus danae и Neomysis awatschensis) были убиты при концентрации 880 и 176 ppm, соответственно.
Являются ли эти уровни значимыми для аквариумиста? Трудно ответить, не зная уровней, которые достигаются в типичных аквариумах. Одно исследование бромат в аквариуме с морской водой, описанное выше, показало накопление до 0,6 ppm бромата, хотя было заявлено, что озон использовался для дезинфекции, то есть доза была высокой. Это достаточно высокий уровень, однако, чтобы быть токсичным для одних организмов, но не для других. В типичном применении озона в рифе, уровень бромата в воде будет значительно ниже. Насколько ниже, зависит от того, как озон используется, особенно дозы, и от наличия активированного угля, через который пропускается озонированная вода. Также может зависеть от других методов рифоводства, потому как некоторые (нитрификация, например) могут уменьшить уровень броматов. В любом случае, потенциальные данные о токсичности бромата поддерживают практику применения активированного угля после озонирования.
Влияние активированного угля на побочные продукты озона.
В целях уменьшения потенциальной токсичности озона, аквариумисты, обычно, стараются снизить уровень побочных продуктов озона на выходе из реакционной камеры. Существует множество способов сделать это, но на сегодняшний день самым популярным является прохождение воды через активированный уголь.
В статье о том, как работают системы очистки водопроводной воды (обратный осмос, деионизирующая система), я показал, как гипохлорит взаимодействует с активированным углём. Бромат и гипобромит, как ожидается, реагируют аналогичным образом. Реакции с активированным углём, которые расщепляют эти соединения, основаны на достаточно активной площади поверхности и достаточном времени для этих каталитических реакций. Насколько уголь эффективен при потоке из скиммера неясно. Он эффективен в установках обратного осмоса/деионизации воды, так как поток слабый и контактная поверхностная площадь угля очень высока.
Когда бромат и гипобромит взаимодействуют с поверхностью активированного угля, они разбиваются на ион бромида (Br-) и кислород, как показано ниже, где С* обозначает активированный уголь, а СО* обозначает активированный уголь с присоединённым атомом кислорода.
BrOH + C* à Br- + CO* + H+
Некоторые частицы окисленного активированного угля сохраняются, а некоторые расщепляются с выделением кислорода (О2):
2CO* à 2C* + O2
Часть СО* также может расщепляться до СО2 (диоксида углерода) в некаталитической реакции продуктов озона, но это, как правило, небольшая часть от общего количества. Ни один из этих продуктов не представляет интереса для аквариумистов.
Важный вопрос для каждого аквариумиста, насколько эффективен активированный уголь, который используется? Как и в случае с другими рассмотренными темами в этой области, исследования зачастую проходили при высоких концентрациях побочных продуктов озона, связанных с дезинфекцией, и, как правило, в пресной воде. В одной патентной заявке указано, что активированный уголь был использован для уменьшения концентрации побочных продуктов озона в воде с 1,1 ppm до 0,2 ppm. Другая группа указала, что полное удаление бромата происходит при контакте более15 минут с активированным углём. В этих тестах и во многих других, говорится, что старый активированный уголь менее эффективен, нежели новый. Причина в том, что органика забивает поверхность активированного угля, где расщепляются броматы и другие продукты озона.
Вторая группа, изучающая бромат в питьевой воде, показала, что активированный уголь может удалить 78-96% бромата. Они установили, что время контакта и возраст активированного угля являются важными параметрами, влияющими на процентное удаление.
Кроме активированного угля, существуют ли другие способы удаления побочных продуктов озона? В одной из патентных заявок, исследования показали, что воду, используемую в аквакультуре можно озонировать, а затем очищать с помощью восстанавливающих агентов, которые вступают в реакцию с продуктами, снижая токсичность. Рекомендуются сульфит, бисульфит, метабисульфит или тиосульфит для этой цели, но это не так просто автоматически применить в рифе.
Активированный уголь или любой другой из этих методов работают достаточно эффективно в рифовых аквариумах, чтобы использовать озон без нежелательных побочных эффектов? Ответ, вероятно, зависит от ухода за активированным углём, и толерантностью аквариумиста к присутствию побочных продуктов в аквариуме. Ответом будет, вероятно, не достаточно эффективно, при использовании высоких доз и низкой толерантности к побочным продуктам (то есть самые низкие уровни могут вызвать нежелательные эффекты). Потому что это не легко для большинства аквариумистов измерить низкие концентрации побочных продуктов, наиболее разумным выбором действий (кроме, пожалуй, отказа в использовании озона) – пропускать озонированную воду через такое количество активированного угля, через какое только возможно, прежде чем позволить ей вернуться в дисплей.
Удаление броматов биологическим путём.
В дополнение к методам, описанным выше, броматы и другие продукты озона, прежде чем они попадут в дисплей, могут быть также удалены биологическими процессами, происходящими в аквариуме. Бромат накапливается в аквариумной воде. Многие исследования показали, что биологические фильтры (бактерии на субстрате) могут разрушать бромат в озонированной питьевой воде.
Денитрифицирующие бактерии могут также уменьшать содержание бромата. Как уже упоминалось ранее в статье, есть, по крайней мере, одно исследование бромата в морской аквариумной воде. Озон применялся для дезинфекции, поэтому доза была высокой. Тем не менее, уровень бромата на выставке Живое Море в Диснейленде был определён и вырос на 0,6 ppm. При добавлении денитрифицирующей системы, бромат и уровень нитратов начали падать.
Можно сделать некоторые выводы из этой информации:
1. При использовании озона целесообразно иметь денитрифицирующих бактерий, либо в живых камнях, либо в песке или в специальных системах денитрификации.
2. Заключение о безопасности озона или пригодности, даже если оно направлено на определённых живых организмов в двух разных аквариумах, может зависеть от характера других процессов происходящих в аквариумах. Например, озонирование без применения активированного угля, может быть приемлемо для 653 определённых организмов. А также случается, что большое количество живых камней, могут обеспечивать денитрификацию, но тоже количество озона для аквариума Б, содержащего тех же 653 организмов, не содержит аналогичное количество ЖК, и может показать больший уровень токсичности.
Заключение.
Озон имеет множество эффектов при использовании в рифовых аквариумах. Наиболее полезным из них является разложение органических веществ. Наиболее важно, к счастью аквариумистов, что цветные органические пигменты в морских аквариумах очень чувствительны к озону. По этой причине, озон может обесцвечивать морскую воду очень легко, и гораздо более эффективно, чем он снимает общую нагрузку органическими веществами. Его влияние на прозрачность воды описывается большинством аквариумистов и варьируется от минимального до очень существенного, и большинство аквариумистов говорит о значительном положительном эффекте.
Другое существенное влияние озона распространяется на биодоступность органических веществ, растворенных в воде. Много органических веществ в аквариумной воде неохотно метаболизируется бактериями, и такие вещества могут сохраняться сотни и тысячи лет в океане. Озон, однако, имеет способность делать многие органические вещества более абсорбируемыми, и они метаболизируются бактериями. Таким образом, в известном смысле, озон воздействует на бактерий, которые могут уменьшать нагрузку циркулирующих органических веществ. Такое снижение органических веществ также может быть полезно применять для снижения циркулирующих токсинов, выделяемых обитателями аквариума при попытках друг друга убить химическими веществами.
Озон и его побочные продукты могут, в достаточно высоких дозах, убивать многие болезнетворные микроорганизмы. Уровни озона, встречающиеся в рифах, однако, могут быть недостаточны, чтобы оказывать существенное влияние на общее микробное население аквариума. Вирусы более чувствительны, чем бактерии, к озону, и могут быть эффективно инактивированы типичным использованием. Крупных патогенов и паразитов гораздо труднее убить и, вероятно, они не будут уничтожены озоном в рифовых аквариумах.
Озон также имеет тёмную сторону. Воздействуя с морской водой, озон производит различные сильные окислители, такие как BrOH (HBrO*) и BrO3- . Если побочные продукты озона удалены не в значительной степени с помощью активированного угля, они могут поступать в дисплей и быть опасными для наиболее чувствительных организмов (особенно для яиц и ранних стадий личинок).
Наконец, озон изменяет различные другие неорганические вещества, которые могут быть или не быть важными. Он изменяет окислительно-восстановительный баланс в аквариуме (редокс-потенциал*), то есть повышает ОПВ (что может означать лишь изменение соотношения различных форм марганца в растворе). Это может обеспечить более быстрое преобразование ионов двухвалентного железа до ионов трёхвалентного железа, и может повысить биодоступность, вероятно, уменьшит срок существования прочных комплексов железа, таких, как ЭДТА. Озон также окисляет аммиак и нитраты. Хотя это может быть полезным, он может изменить относительную эффективность различных путей экспорта азота (макроводоросли vs. денитрификация, например). Может приводить к видоизменению йода в сторону йодата и прочь от йодида. Хорошо это или плохо? В то время как существуют разные мнения, я полагаю, что ни то, ни другое, многие процессы происходят в аквариуме при использовании озона, без какого-либо видимого изменения, замечаемого аквариумистами.
С учётом всех обстоятельств, стоит ли использовать озон в рифе? Многие аквариумисты ответят громким - «Да!». Я оставлю этот вопрос без ответа, пока дополнительная информация не детализирована в следующих двух статьях данной серии, в которых будет идти речь об оборудовании и методах наиболее полезных для применения озона в рифе, и отчёте о влиянии на свой аквариум.
До тех пор,
Удачи с рифом!
).
Поэтому озонирую каждый раз довольно длительно и без проблем. Озоном пахнет ощутимо - вот и все что я могу сказать о его количестве 
