Основы самодельных CO2 систем
Добавление CO2 в аквариум-травник можно осуществить по-разному. Существует много доступных коммерческих продуктов, например таблетки от Bioplast и других производителей, или метаболические продукты, такие как Seachem Excel. Но эти таблетки, как источник углерода для растений, не могут снабжать аквариум углекислым газом продолжительное время.
Один из лучших методов связан с подачей газа из балона со сжатым CO2. С помощью системы клапанов и редукторов настраивается необходимый, постоянный объём подачи. Это лучший способ из доступных, но при этом весьма дорогой.
Остаётся самодельная «бродилка».
Первый шаг в создании CO2 генератора — это поиск возобновляемого источника диоксида углерода. Есть множество путей генерировать газообразный диоксид углерода, но самый простой и один из самых безопасных методов — это дрожжевой генератор. Суть его сводится к тому, что дрожжи питаются сахаром и выделяют CO2.
Дрожжи зависят от среды, куда они помещены вместе с сахаром. Наиболее общепринятая среда — это водный раствор. Этот процесс известен как брожение. Далее вам остаётся собирать полученный CO2 и доставлять его в воду аквариума. Для этого водный раствор дрожжей и сахара помещают в герметичный контейнер, который имеет фитинг в трубкой. По трубке газ уходит каким-либо путём в воду.
Это самый простой способ добычи и растворения CO2 в воде. Для растворения газа в воде можно использовать распыление через воду, пассивный контакт, и принудительную диффузию. Все эти методы мы рассмотрим ниже.
Неотъемлемые элементы самодельной CO2 системы следующие: CO2 генератор, трубка и реактор.
Примеры дизайна системы
Кто-то может разработать очень сложную систему, это увеличит её стоимость и совершенно не гарантирует эффективность. В основном все разработки этих систем похожи на предложенную вам, и создавались с мыслями об максимальной экономии средств и эффективности работы системы. Поскольку дрожжевой генератор даёт ограниченное количество CO2, дизайн системы сосредотачивается на эффективном способе сбора и доставки полученного CO2 в аквариум и его растворение в воде.
На рисунке на ниже представлена базовая схема хорошо организованной самодельной СO2 «бродилки».
Дрожжевой генератор
Возможно, самый дешёвый и по-прежнему лучший сосуд, который вы можете использовать для дрожжевого генератора — двухлитровая бутылка из-под минералки. Есть несколько причин, которые делают бутылку для минералки лучшим выбором.
Во-первых, эти бутылки создавались для сильногазированной воды и рассчитаны на некоторое давление. Это важно. Давление, которое создают дрожжи, может быть значительным. Это, конечно же не смертельно, но не очень приятно собирать разбрызгавшийся сахар и дрожжи по всему дому.
Крышка бутылки, а вернее способ присоединения трубки к ней вызывает массу дискуссий. Почти все крышки для бутылок от минералки сделаны из полиэтилена. Полиэтилен — не самый лучший материал для склеивания с чем бы там ни было, поэтому приклеивание трубки к крышке нежелательно.
Постоянно будут возникать течи, особенно в месте соединения. Более того, поскольку мы имеем дело с газами, соединение трубки и крышки должно быть герметично. Самое лучшее решение — это механический фитинг.
Силиконовые трубки
Следующий этап обсуждения — это подача газа от генератора в аквариум. Выбор трубки зависит от нескольких факторов. Основной — это способность удерживать давление, или даже сохранять форму при давлении. Поскольку трубка будет под давлением, она не должна увеличивать своего диаметра при его нарастании. Также трубка должна оставаться инертной, то есть, не должна крошиться или ломаться от длительного взаимодействия с диоксидом углерода изнутри и воды снаружи. Эти факторы существенно сужают выбор материалов и не позволяют использовать стандартные шланги от воздушных систем для продувки аквариума воздухом.
Следующее требование — эластичность. Хорошим выбором будут силиконовые трубки. Они инертны для CO2, хорошо «держат» давление и у них удовлетворительные характеристики по показателю гибкости. Есть ещё специальные трубочки для подачи газообразного CO2, при возможности лучше покупать их. Но чаще в целях экономии для самодельных CO2 систем в последнее время используют силиконовые трубки.
Также важно проследить за тем, чтобы в вашей системе в случае снижения давления газа, вода не пошла назад по трубочке из аквариума в генератор. Спокойный сон вам обеспечит обратный клапан. При выборе обратного клапана для самодельной СO2-системы следует обратить внимание на следующие моменты: избегайте металических клапанов. Едкая натура углекислого газа и водяные пары, которые всегда присутствуют в углекислоте, приведут к поломке клапана. Выбирайте пластиковый клапан или клапан, специально разработанный для CO2. Избегайте металических компонентов CO2-системы.
Растворение газа в воде
Описано очень много методов, как растворить наилучшим образом CO2 в воде аквариума. Это критическая точка всех самодельных CO2-систем и основная причина отказа от использования этих самодельных систем. Поскольку количество CO2, получаемое от дрожжевого генератора, ограничено биологически, эффективность системы напрямую зависит от эффективности выбранного способа растворения углекислого газа.
Самый простой способ — воспользоваться распылителем. Это крайне не эффективный способ, большая часть газа будет просто уходить в атмосферу.
Можно подавать газ рядом с выходом фильтра и позволить крыльчатке захватывать газ. Это достаточно эффективно для воздуха из-за постоянного давления, и совершенно неэффективно для пузырьков CO2 по нескольким причинам. Во-первых, пузырьки CO2 создают кавитацию крыльчатки, создают вибрацию, шумят и могут повредить механизм. Во-вторых, некоторые компоненты крыльчатки имеют резиновые фитинги/прокладки, которые будут повреждены от контакта с CO2 и образующейся угольной кислотой.
Лучший, но самый медленный метод из использующихся называется CO2 колокол. Просто поместите сосуд в форме опрокинутой полусферы и позвольте CO2 заполнять ее изнутри. При увеличении площади контакта газ-вода, диффузия газа увеличится. Если емкость полусферы будет недостаточна, или скорость диффузии газа в воду будет низкой, колокол заполнится газом, и все новые пузырьки CO2 будут уходить в атмосферу. Этот метод успешно используется аквариумистами на протяжении многих лет. Он очень прост в изготовлении. Многие используют для этой цели перевернутую обрезанную литровую пластиковую бутылку для минеральной воды, чашки Пэтри, или сферические объекты. Я бы рекомендовал использовать предметы с прозрачной поверхностью, чтобы можно было наблюдать за процессом.
Другие методы используют диффузоры. Существует две версии диффузоров. Одна из них просто увеличивет время контакта пузырька с водой. Обычно пузырёк запускается по длинной спиральной траектории.
Следующий тип диффузора — стеклянный диффузор. Этот прибор увеличивает площадь соприкосновения CO2 с водой, существенно снижая размер пузырьков. Это проверенный метод. На картинке слева показан такой тип диффузора в версии ADA, компании созданной легендарным Такаши Амано. Газ попадает в трубку сзади, направляется вниз ко дну и принудительно продувается через стеклянную пластинку диффузора. Эта пластинка имеет тысячи пор, через которые продавливается газ, и пузырьки на выходе имеют очень маленький размер. Эти стеклянные пластинки лучшие в своем роде, и очень дорогие, поскольку производятся вручную в Японии, но есть похожие продукты других производителей. Есть только один недостаток у этого метода: эти пластинки делают из калёного стекла, они могут засоряться и плохо поддаются очистке. Других существенных недостатков у этого метода нет.
Недостатком последних двух методов является механическая изощрённость, не позволяющая сделать такое устройство на дому. Если у вас есть возможность приобрести такие устройства, они могут быть лучшим выбором.
Следующий метод — это использовать форсированный реактор. Форсированный реактор использует поток воды против потока газа. Предыдущие методы были пассивными. Циркуляция воды вокруг реактора в этих методах была незначительная. В данном методе вода стремится навстречу газу, газ быстрее растворяется в воде и эта смесь разносится по всему аквариуму.
В общем, форсированный реактор состоит из помпы и реакторной камеры. Проходя через реакторную камеру, вода постоянно перемешивается с газом, увеличивая время контакта пузырьков с водой перед выходом. Подобная конструкция может быть использована для самодельных систем.
На изображении показан пример форсированного реактора CO2. Он включает в себя помпу с префильтром, губку и распылитель.
Дополнительные устройства
Поскольку в генераторе присутствуют твёрдые вещества, жидкости и газы, имеет смысл подумать про дополнительные компоненты системы для повышения безопасности и надёжности системы. Клапаны для сброса лишнего давления и устройства, препятствующие отравлению аквариума, были бы очень уместны.
Руководство по смесям
Дрожжи — основной компонент вашего самодельного генератора CO2. Обычных пекарских дрожжей достаточно для CO2-генераторов. Но эффективность работы разных сортов дрожжей на разной питательной основе может отличаться.
Важно понять, что смеси дрожжей, сахара и воды — это не точная наука. Вы должны экспериментально подобрать лучшие составы для ваших условий.
Простая формула смеси
Для двухлитровой бутылки:
- 2 чашки воды
- 2 чашки тростникового сахара
- чайная ложка сухих дрожжей
- чашка не очень тёплой воды (в идеале около 40 °C)
Сначала дрожжи растворяются в чашке тёплой воды, потом вся смесь смешивается в реакторе.
Это простейшая смесь, которая может работать до 16 дней.
Усовершенствованная формула смеси
- 1 чашка воды
- 2 чашки сахара
- чайная ложка винных дрожжей
Это более дорогая смесь. Тут используются жидкие живые дрожжи. Их нет необходимости растворять. Эти дрожжи более устойчивы к уровню спирта в смеси, такая смесь может работать 22 дня и больше.
Замечания по смесям
Вы должны экспериментировать со своими смесями. У всех разная вода, со своей уникальной химией. Это существенно влияет на производительность смеси. Пробуйте слегка модифицировать соотношения дрожжи/сахар/вода, пока вы не найдёте самый долго работающий вариант.
Доказано, что смесь дрожжей будет дольше работать, если вы уменьшите количество дрожжей. Меньшее количество дрожжей значит, что вы получите меньше CO2 в минуту, но производиться он будет дольше и более равномерно. Больше дрожжей значит более интенсивное выделение CO2 сначала с постепенным снижением производительности.
На аэробной фазе не производится спирт. Можно было бы продлевать эту фазу, но для этого пришлось бы вводить воздух в камеру генератора, продувая смесь. В таком случае вместо CO2 в аквариум начала бы поступать его смесь с воздухом, а CO2 в таком случае гораздо хуже растворяется, что лишает аэробную систему смысла.
Производительность системы
Хорошая CO2-система производит достаточно газа, чтобы он растворился в воде до уровня 15 ppm (миллионных частей). Как правило, двухлитровая бутыль производит достаточно CO2 для насыщения 120-литрового аквариума, если газ растворяется достаточно эффективным способом.
Важно помнить, что использование системы подачи CO2 в травник понижает рН воды в аквариуме. Некоторая часть CO2, растворённого в воде, образует угольную кислоту, что понижает рН. Для предотвращения скачков кислотности следует обеспечить буферную ёмкость воды. Это приводит нас к определению карбонатной жесткости воды (kH). Хороший показатель kH для травника приблизительно равен 6kH. При таком уровне карбонатной жесткости добавление CO2 в аквариум не приведёт к опасному для рыб скачку kH.
Вы можете использовать отношение карбонатной жесткости и рН для определения уровня CO2 в вашем аквариуме. Если у вас есть тесты для определения рН и kH, вы можете воспользоваться графиком для определения уровня CO2 в воде аквариума.
Создание конструкции
Генератор
Поскольку использование двухлитровых бутылок из-под минералки — идея не новая, известна уже самая основная ловушка в этом процессе. Это укрепление коннектора для трубки в крышке. В основном, крышки для этих бутылок изготавливают из полиэтилена. Он используется, поскольку не снашивается, устойчив к бактериальному заражению и устойчив к кислотам. Он также хорошо выдерживает повышенное давление. В добавок к хорошим качествам для закручивания газировки, полиэтиленовые пробки хорошо подходят и для наших целей. Однако, полиэтилен плохо склеивается.
Основные инструкции при использовании бутылок от минералки для генератора рекомендуют просверлить небольшую дырку и вклеить туда воздушный шланг. Это не совсем подходит для нашего генератора. Плохая склеиваемость крышки приводит к постоянным утечкам газа и потери производительности системы. Более правильным будет использовать механическое уплотнение с помощью пластикового фитинга, для присоединения шланга. Это лучшее инженерное решение.
Он разработан для использования с силиконовой трубочкой такого же типа, как и в нашей системе подачи CO2. Он плотно прикручивается в дырку пробки двухлитровой бутылки, обеспечивает хорошее механическое соединение пробки со шлангом и позволяет отсоединять шланг от пробки при замене смеси.
Стравливание лишнего давления в системе
У дрожжевых генераторов существует общий недостаток: засорение трубок комками слипшихся дрожжей. Иногда дрожжи попадают в трубку и там начинает опасно нарастать давление. Обычно либо срывает крышку, либо рвёт трубку и бутылка с генератором падает. Происходящее обычно сопровождается запахом, липкий раствор дрожжей размазывается по стенкам вокруг на большом расстоянии.
Существует простое решение — 'клапан для стравливания высокого давления'. По существу, это специальные затычки, которые должны вылететь при определённом превышении давления.
Он состоит из нейлонового тройника с мягким резиновым или пластиковым колпачком. Та часть Е-образного соединителя, которая находится под колпачком, должна быть зачищена наждачкой до гладкого состояния. Тщательная зачистка необходима для того, чтобы избежать утечки газа при нормальной работе системы и чтобы обеспечить возможность слёта колпачка при повышении давления в системе.
Это все рассчитывается методом проб и ошибок. Для имитации высокого давления можно пережать шланг после тройника, взболтать реактор и посмотреть, при каком давлении сорвёт колпачок. Если колпачок не срывает или срывает очень рано, нужно взять новый тройник и сделать новый клапан. Подобная подгонка оборудования требует времени, усидчивости и аккуратности, зато этот клапан спасёт вас от больших неприятностей в будущем. Клапан необходимо размещать после газового сепаратора.
Предотвращение попадания браги в аквариум
Следующее приспособление для предотвращения попадания дрожжей в аквариум — это механический газовый сепаратор. Это бутылка с водой и двумя фитингами. Идея заключается в отделении газа от твердых или жидких компонентов с помощью гравитации.
На схеме показан пример сепаратора, сделанного из 0.5 л бутылки от минералки. Эта бутылка присоединена нейлоновыми стяжками к двухлитровой бутылке генератора. В пробку вмонтированы два фитинга. К одному фитингу внутри бутылки присоединена трубочка длинной до дна бутылки. Это вход в сепаратор.
Бутылка заполняется на две трети водой. Концепция работы сепаратора следующая — смесь газа, жидкостей и твердых частичек попадает через длинную входную трубку на дно бутылки, заполненной водой. Жидкости и твердые частички остаются в воде, а газ поднимается через воду и уходит в направлении реактора. Для лучшей эффективности сепаратор нужно размещать как можно ближе к генератору, дабы газопроводы между двумя сосудами не забивались и не останавливали вашу систему.
Использование этих двух приспособлений сделает работу вашей самодельной системы безопасной, надёжной и высокоэффективной, и вы будете лишены проблем, связанных с забиванием газопроводных трубочек, этой общей беды всех самодельных систем генерации CO2.
Принудительный механизированный реактор СО2
В этой секции описан самодельный реактор CO2, собранный из частей, которые можно купить в ближайшем зоомагазине. Никаких специальных запчастей.
На схеме изображен собранный механизм в целом. Аппарат может работать как с самодельным дрожжевым CO2-генератором, так и с любым коммерческим. Основное назначение реактора — полностью растворять полученный CO2 в воде. Это достигается введением CO2 в реактор и удержанием его там, пока он не будет растворён в потоке воды. Это активная система, что значит обеспечение потока воды в реакторе вместо ожидания, пока CO2 самостоятельно растворится в стоячей воде, как в колоколах. Активный реактор также намного меньше склонен к засорению, чем вышеперечисленные пассивные диффузоры. Система улавливает пузырьки CO2 и не даёт им покинуть воду до того, как они растворяются.
Поролоновая губка на входе помпы выполняет роль небольшого фильтра, чтобы предотвратить засорение крыльчатки насоса и сохранить губку в нижней части камеры реактора чистой. Если нижняя губка забьётся грязью, CO2 не сможет попасть в реактор из-за избыточного давления в камере.
Следующая часть реактора — это камера. У вас нет других идей, используйте трубку от сифона. Верхняя крышка снимается. В ней нужно просверлить отверстие для трубочки с CO2. Желательно вставить туда кусочек жесткой трубки, на которую будет одеваться гибкая трубка. Удостоверьтесь, что диаметр дырки чуть меньше диаметра вашей трубки, для того, чтобы она туда вошла плотно. В отверстие сифона, к которому подсоединяется шланг, должен как раз войти выход помпы.
Эффективность установки улучшается при использовании хорошего распылителя. Нужно брать специальные распылители, которые не разрушаются от воздействия CO2 и дают очень маленькие пузырьки.
Ниже приведен рисунок реактора в разобранном виде. Это позволит вам лучше представить себе, как это всё работает в сборе.
