go to bottom
Посетитель


185 1
Russian Federation Novosibirsk
16 года

рН, кН, формула Wampl’a и пузырьки СО2 на пальцах

будем считать, что 100-процентно растворяемый в растворе газ СО2 не покидает жидкость - не диффундирует в воздух.
будем считать также, что буферность (кН) раствора определяется только гидрокарбонатным буфером НСО3- ,типа никаких иных в нем нет.

молекулярная масса СО2 = 46.
один моль газа СО2 занимает объем 22.4 литра и весит 46 грамм.
соответственно 1 мг газа занимает объем 0,487 мл, а в практическом смысле: 1 мг = 0.5 мл.

объем пузырька равен 2.09 его диаметра (объем = 4/3 пи радиуса - это вроде Архимед вывел и очень гордился).

таким образом, 120 стандартных пузырьков диаметром 4 мм составляют 1 мл; 60 пузырьков = 0.5 мл = 1 мг.
растворив в 1 литре воды 60 пузырьков СО2 диаметром 4 мм, мы повышаем концентрацию СО2 в воде на 1 мг/мл.

в начале 20-го века Хендерсон, Хассельбах и Серенсен круто потрудились и описали взаимоотношения рН (отрицательный десятичный логарифм содержания протонов), гидрокарбоната [НСО3-] и углекислоты [СО2] приблизительно таким уравнением:

рН = Const + lg [НСО3-]/[СО2]

константа для химической реакции находится опытным путем, у разных авторов получается разная константа, но, как мы увидим далее – она нам не важна.

концентрации гидрокарбоната и СО2 исчисляются в мг/л, взаимоотношения часто выражаются в таблицах..
подобных таблиц множество, мне полюбилась таблица с Миклухиного сайта: http://www.ukrop.inf...

дальше неумолимо приближается самое интересное.
путем некоторых преобразований уравнения Хендерсона-Хассельбаха, мы получаем формулу изменения рН при растворении в воде дополнительного СО2:

после преобразований нас перестала волновать константа ибо она константа и есть, нам можно использовать в расчетах кН прямо в каплях/градусах и мы легко расчитываем в мг/л концентрацию дополнительно растворенной углекислоты ([СО2]’) – просто делим количество пузырьков на 60.

теперь каждый, измерив исходные рН, кН, глянув исходный же СО2 в таблице и посчитав количество растворенных пузырьков углекислоты (только пузырьки надо будет загодя штангенциркулем измерить), узнать - как изменится рН и не уронит ли он его куда не надо.

для примера, пузырьки 4 мм:

а) в 1 литре воды с рН = 7.5 и кН = 5 растворяем 600 пузырьков (+ 10 мг) и получаем рН = 7.0
б) в 1 литре воды с рН = 7.5 и кН = 5 растворяем 2700 пузырьков (+ 45 мг) имеем рН = 6.5
в) в 1 литре воды с рН = 7.5 и кН = 5 растворяем 9000 пузырьков (+ 150 мг) и имеем рН = 6.0

конечно, в реальности СО2 диффундирует в атмосферу и потребляется растениями.
но мы заложимся на расклад четыре-ноль в трефях, пренебрежем этими потерями углекислоты, и для 100 литрового аквариума с приведенными для примера параметрами увидим, что поток 3 и более пузыря в секунду (примеры б-в) может стать опасным.

вполне же безопасным будет режим 40 пузырьков в минуту (пример а).

по формуле Wampl’a ( N = kH*V/30), легендарного знакомого Евгения Подсыпальникова и Michael’а, в данном случае рекомендуется более чем в два раза медленный режим -17 пуз/мин.

совершенно очевидно, что для воды кН>5 и рН>7.5 формула Wampl’a, не учитывающая описаную давешними варягами логарифмическую зависимость, будет предлагать еще более заниженные нормативы.

мы предлагаем модифицировать ее до, по крайней мере, N = kH*V/15, где N выражена в пузырьках в минуту.

p.s. мучас грацис моим друзьям, святому патрику, разливному туборгу, научному калькулятору хъюлит-паккард 30S и сайту безумного доктора ( http://www.tagota.sc... ) из красноярска

p.p.s. поправил линк на таблицу с Миклухиного сайта.

[Отредактировано: 20-12-2002 написал layka]

2002-12-1919/12/2002 13:43:37
#15528
Свой на Aqa.ru


5255 21
Austria Fischlham
12 года

Danke schon

Привет тебе, layka !

Ну, толстый-то, наверное, зардеется от такого внимания, даст что-нибудь бесплатно снова.

Все эти формулы Wampl'a, можно "выводить" самому, в зависимости от поставленной цели.
Herr Wampl не хотел иметь более кислой воды, чем это есть в Зальцбурге,
но и чтоб мела на стеклах/листьях не было. Вот и высчитал.

Теория - она красива и полезна.
Мне же в практике знаменателя в 30 хватает, чтоб не падала КН.
Ты только попробуй.

Хотя, увеличить или уменьшить ничто не мешает, кроме Твоих Целей (они все решат)

Удачи !

2002-12-1919/12/2002 14:51:52
#15534
Советник



8433 82
United States Minneapolis
10 года

Убегаю на работу, поэтому просмотрел выводы только поверхностно и обдумать ничего не успел.

Пока не совсем понял, как Вы пришли к скорости подачи пузырьков, не зная скорости потребление/выведения газа. Т.е. не понятно, как Вы перешли от объема (или количества) к скорости. На основании каких цифр?


[Отредактировано: 12-20-2002 написал Michael]

2002-12-1919/12/2002 21:25:37
#15566
Посетитель


185 1
Russian Federation Novosibirsk
16 года

речь идет о некоем "идеальном" литре воды в котором в течение суток растворяется не потребляющийся и не улетучивающийся СО2.
скорость исчислена тупым делением количества пузырей на количество минут в сутках
таким образом, за 1 сутки мы организуем некий расчетный гидрохимический сдвиг в "идеальном" литре и выходим на простую формулу расчета _абсолютно безопасного_ количества СО2 добавленного за 1 сутки.

в практическом смысле, знаменатель этой формулы легко расчитывается для каждого конкретного объема/рН/кН.

если мы продолжим нагнетание СО2 в "идеальный" литр в следующие сутки, то произойдет понятно что.

но мы нагнетаем СО2 не в идеальный литр, а в реальную, вентилируемую и густо засаженную растениями, освещаемую банку (иначе не зачем).
интуиция (не вижу других инструментов) подсказывает, что потери в воздух за сутки и потребление растениями за световой день будут _больше_, чем то самое _абсолютно безопасное_ добавленное количество.
(с моей точки зрения, в пользу этого свидетельствует также и основное уравнение фотосинтеза, в котором для получения 6 молекул килорода требуется 6 же молекул углекислоты:

в том смысле что потребят и не вздрогнут - было бы все остальное)

понятно, что если б мы могли количественно учесть потери СО2 при заданных его концентрациях и состоянии/размере водной поверхности, а также потребление из указанной концентрации углекислоты килограммом-двумя зеленой массы, то из поминаемой основным постом формулы стоило бы сделать конфетку

но тем не менее.

2002-12-2020/12/2002 11:37:11
#15613
Свой на Aqa.ru


5255 21
Austria Fischlham
12 года

прошу простого ответа

Привет тебе, layka !

Что-то я съезжать с рельс спокйной понятливости постепенно стал.
Дело это, конечно, персональное и поправимо неторопливым чтением книжек по химии.

Но не мог бы ты мне помочь ?
Где кроется ошибка в выводе:
"чем больше растворенных угольных солей (что прямопропорционально объему и КН),
тем больше надоть газа, чтобы удержать это дело расстворенным"
При чем же тут рН, а ?
Не поможешь ?

Спасибо !

2002-12-2020/12/2002 12:06:01
#15616
Посетитель


185 1
Russian Federation Novosibirsk
16 года

анекдот: сижу на рельсах, подходит мужик и говорит: "подвинься..."

чем больше гидрокарбоната, тем больше надо растворенного СО2 - если убрать этот СО2, то гидрокарбонат выпадет в осадок карбонатом - буфер среагирует, как на щелочную агрессию. рН при этом рН все равно _слабо_ пойдет вверх.
при растворении СО2 тот же буфер будет реагировать на кислотную агрессию, т.е. тоже будет сопротивляться, но рН все равно _слабо_ уйдет вниз.
в обоих случаях будет достигнута новая точка стабильности рН, отличающаяся от исходной на меньшую величину, чем получилась бы при воздействии на воду, не содержащую буфер.

так?

2002-12-2020/12/2002 13:26:14
#15633
Свой на Aqa.ru


5255 21
Austria Fischlham
12 года

Спасибо, layka !

Но я представил так:

- Есть V с КН, растениями, стабильной рН вначале. ОК ?

- Растения выжирают кислоту, что привело б без газа к спаду КН, росту рН, выпаду мела...

- НО (в этот самый момент жора/выветривания газа) мы его дополняем,
чтобы ничего не росло и не падало

- И так по кругу: Они оттуда, а Мы туды

- И никакие Дельты нам не нужны, а только Константность

Где собака порылась ?

Спасибо !

2002-12-2020/12/2002 13:43:45
#15635
Советник



8433 82
United States Minneapolis
10 года

Тут Вы уже пришли к моей личной теории. Просто аэрируйте аквариум, гарантируя постоянный уровень растворенного СО2.

Весь интерес, однако, возникает, когда уровень растворенного СО2 превышает тот минимум, который обеспечивается простым поступлением из атмосферы.

2002-12-2020/12/2002 16:17:18
#15653
Свой на Aqa.ru


5255 21
Austria Fischlham
12 года

2Michael

Привет тебе, Michael !

Цели бывают, конечно, разные.
Но есть и такая: просто поддержать воду такой, каковой она является.
Той, в которой и растут растения.

Если "весь интерес" в большем количестве газа,
т.е. интересуют спады рН,
то формул вообще не надо: ритм пузырей регулирется парой рН тестов.

А в замене способа "N = (kH * V) / 30" аэрацией мне знакомы и минусы...

Спасибо !

2002-12-2020/12/2002 16:59:25
#15657
Посетитель


185 1
Russian Federation
16 года

да понятное дело, постоянный уровень поддерживать, когда рН под 8, кН под 6 и в этом всём внутри плавают недобитки СО2, так хоть уаэрируйся.

ну будут растения его потреблять из такой концентрации, жить будут медленно. так им надо или не так им надо вопрос уже философский.

в банках с нейтральной водой действительно не надо дуть, надо просто перемешивать.

спич был собственно о том, сколько и _почему столько_ можно дуть безо всякой опасности.
в пределах этого безопасного количества чем больше, тем оно все будет жить быстрее. положительным будет любой уровень, а умеренно достаточным может быть и меньший - сколько идет, за столько и спасибо

p.s. в небольших банках можно просто хорошую воду найти да лить одну-две фляги в месяц. но эту тему, как и плотность посадки я не хотел бы здесь развивать.

2002-12-2020/12/2002 20:44:08
#15676
Свой на Aqa.ru


5255 21
Germany Oelde
12 года

Privet, layka !

Pri pH 8 vodu dlja rastenij, konechno, pridetsja snachala kislit' (im ved' ot 12 mg/l nado bi).
Vot sejchas ja tebja ponjal
T.e. ja obobschil sovet dlja okolonejtral'noj vodi na vse vodi, chto i ne verno.

Sovet, vidimo, dolzhen vigljadet' tak:
"snejtralizujte vodu (gazom ili ne gazom) i primenite formulu ot Wampl'a"
Da ?

Spasibo tebe, layka ! Molodec !

[Отредактировано: 20-12-2002 написал Евгений Подсыпальников]

2002-12-2020/12/2002 23:33:10
#15694
Советник



8433 82
United States Minneapolis
10 года

Только не надо давать никому советов по-поводу предварительной нейтрализации рН. Личная просьба!

А вот с моими KH=6 и pH=7,6-8,0, при слабом волнении поверхности (почти полном его отсутствии) и подаче газа на вход канистр все работает очень близко к формуле Вашего толстяка. рН плавненько доходит до близкой к 7,0-7,2, растения получают свой оптимум, а рыбы не страдают от огромных скачков рН.

Т.е. это именно та подача, которая меня устраивает, являясь умеренной и достаточно безопасной. В некоторых длинных банках я иду на более существенную аэрацию (волнение поверхности воздухом или фильтром на противоположном от подачи газировки конце аквариума), легко соглашаясь на бОльшие потери СО2, даже не компенсируя их и получая, соответственно, менее заметные сдвиги рН. Здесь меня греет мысль о том, что рыбкам всегда будет, где собраться в случае непредсказуемых поломок клапана (увеличения потока газа), а растения пусть скажут спасибо и за те крохи, которые я им даю.

Соответственно, советовать кому-то начинать с дозы в два раза большей я бы не стал. Надо будет-подберут в дальнейшем по таблицам, полагаясь на конкретные условия и свои требования.

Ни в коем случае не пытаюсь умалить значения мозговой работы Layka (как раз наоборот, я очень высоко ценю способность и желание людей мыслить), но выводы о скорости подачи без учета таких основополагающих факторов,как потребление/выведение/растворение/посторонние источники СО2 (биопроцессы, включая работу бактерий, дыхание рыб, растений и пр.) ничем не лучше или точнее "правила толстяка". Универсальному же учету, естественно, все эти факторы не поддаются. Т.е. мне остается судить об этом только со своей "практической колокольни".
Так вот с этой колокольни формула толстяка ближе к тому, что показывает опыт с моими конкретными аквариумами. Естественно, что всегда можно создать условия, когда вместо, 60, придется делить на 15, 10, 5 и т.д. Однако, если говорить о и стандартизировать такую вещь, как, скажем, газообмен, то проще и правильнее было бы давать все эти формулы для спокойной поверхности, т.к. описать степень ее волнения, мягко говоря, сложновато. Я уж не говорю о стандартизации площади поверхности, биозагрузки аквариума и т.д, и т.п.

Короче говоря, мне кажется, что для некоего "среднеарифметического" аквариума со спокойной поверхностью формула толстяка будет ближе к реальности и более безопасной, чем формула Layka.


Касаемо следующего:

Цели бывают, конечно, разные.
Но есть и такая: просто поддержать воду такой, каковой она является.


Именно эту задачу и выполняет обычная аэрация. Никаких установок с углекислым газом такая задача не требует.

Если "весь интерес" в большем количестве газа,
т.е. интересуют спады рН,
то формул вообще не надо: ритм пузырей регулирется парой рН тестов.


Что-то Вы, по-моему, то ли не так понимаете, то ли передергиваете (или я не понял того, что Вы имеете в виду). Если Вас интересует поддержание воды в исходном состоянии, применяйте продувку воздухом. Это обеспечит поддержание концентрации СО2 на уровне баланса с атмосферой. А уж если Вы добавляете СО2, желая поддерживать оптимальную для роста растений концентрацию (которая значительно выше балансной), то будьте добры следить за рН. Или Вы полагаете, что можно посоветовать кому-то загонять в банку углекислый газ, тупо основываясь на формулах и не проверяя рН?!


[Отредактировано: 12-22-2002 написал Michael]

2002-12-2121/12/2002 20:46:02
#15721
Нравится Nataliya Artyushina
Свой на Aqa.ru


5255 21
Germany Oelde
12 года

2Michael

Privet tebe, Michael !

Ja prosto hotel skazat', chto posle osnovatel'noj produvki vozduhom
mi imeem (po Krause) 0,5 mg/l CO2 v ljuboj vode.

Primenjaja "formulu tolstjaka" pri pH 7,2 i KH 5,
mi, odnako, podderzhivajem bolee 12 mg/l

Tol'ko eto ja i imel vvidu.
(Sovet o nejtralizacii davat' ne budu )

Spasibo !

2002-12-2222/12/2002 02:07:06
#15727
Советник



8433 82
United States Minneapolis
10 года

Совершенно верно (хотя слово "любой" в цитате из Крауса следует игнорировать).

Однако, Вы понимаете, что если Вы накачали достаточно СО2, чтобы увеличить его концентрацию в 24 раза, рН воды не осталась исходной, а снизилась, правда?

Если Вы посмотрите в таблицу (и поверите ей и Краусу), то Вы можете найти исходную рН Вашей воды, даже не замеряя ее. Вы знаете буферность (КН) и полагаете, что концентрация СО2 в покое равна 0,5 мг/л. Осталось найти, какая рН соответствует этим цифрам. Результат, естественно, не будет точным, но в качестве игры сойдет.

2002-12-2222/12/2002 05:17:08
#15730
Свой на Aqa.ru


5255 21
Germany Oelde
12 года

Privet tebe, Michael !

Voda iz krana imeet pH 7,2 i KH 5.
Po tablice v nej bolee 12 mg/l.
Nichego ne kachaja...
Eto pravilno ?

Ja ponimaju tak, chto posle aeracii pH podprignet pochti do 8 i tam budet 0,5 mg/l gaza.
Pravil'no ?

Spasibo !

2002-12-2222/12/2002 10:55:20
#15735
Советник



8433 82
United States Chicago
10 года

Вода прямо из-под крана может содержать избыток СО2. Для того, чтобы определить базовую (исходную) рН воды, ей надо дать возможность освободиться от избытков газа, что достигается либо активным аэрированием, либо оставлением порции воды в широкогорлой мелкой емкости на ночь.

Т.е. когда мы говорим, что наша водопроводная вода имеет рН=Х, мы имеем в виду именно эту базовую рН после отстаивания или аэрации. И именно опираясь на эту базовую рН, мы можем потом оценивать изменения кислотности в аквариуме под действием грунтов, СО2, химикатов и пр. В противном случае, разговор становится беспредметным.

P.S. Только не расчитывайте, что Ваша базовая рН совпадет с табличной. Во-первых, таблицы составлены только для карбонатного буфера (т.е. не учитывают возможного наличия других буферов). Во-вторых, все эти таблицы отличаются друг от друга. В-третьих, точность Ваших измерений рН далека от идеальных. В-четвертых, те самые 0,5 мг/л о которых говорит Ваш Краус не выбиты на камне, а зависят от температуры, солевого состава воды, атмосферного давления и пр.


[Отредактировано: 12-22-2002 написал Michael]

2002-12-2222/12/2002 11:51:02
#15739
Посетитель


185 1
Russian Federation
16 года

нихт шиссен, хитлер капут - склоняю голову перед "формулой толстяка", в особенности - для банок с неподвижной поверхностью. никогда таких не видел

по поводу таблиц присоединяюсь к предыдущему оратору - таблицы показывают сколько надо нагнать СО2 в воду, чтобы получить такой-то искомый рН при известной величине карбонатного буфера; или другими словами - сколько уже было нагнано СО2, если намеряно столько-то рН и кН.

конечно, подменную воду надо перед измерением рН продуть или отстоять.
а вот аквариумную воду, для, допустим, расчета круглосуточной добавки СО2, наоборот - не надо отстаивать, а надо мерить поутряне, перед "рассветом".

с 0.5 мг/л СО2 от Краузе я что-то не понял.
вроде уровень равновесия углекислоты для обычной температуры ~ 2 мг/л? (т.е. в активно аэрируемой околонейтральной воде без прочих влияний установится концентрация СО2 ~ 2 мг/л). по формуле тоже получается около 2 мг/л, но никак ни 0.5...
или Краузе о чем-то другом?

p.s. все люди состоят на 90% из жидкости, но есть люди состоящие на 90% из тормозной жидкости (с) чей-то.
это к тому, что только сегодня я вроде уловил закавыку с уровнем равновесия СО2.
в этой связи было бы весьма интересно логически обосновать необходимость и достаточность (для снабжения растений СО2) аэрации.
рыбы и бактерии стараются, выделяют СО2, поднимают уровень выше равновесного... а мы аэрируем воду и углекислый газ выветривается. при достижении уровня выше равновесного он же не поступает из воздуха - он _выветривается_...

p.p.s. Евгений, да, при чисто карбонатном кН = 5 после отстаивания рН должен стать 7.8-7.9

2002-12-2222/12/2002 23:40:40
#15770
Советник



8433 82
United States Minneapolis
10 года

Равновесная концентрация СО2 в воде, чаще всего, дается равной 0,5 мг/л. Естественно, т.к. это зависит от состава воды, температуры, давления и пр., цифра эта может отклоняться в ту или иную сторону. Отсюда и различие в цифрах, даваемых в разных источниках.

Теперь об аэрации. Представьте себе растительную банку. Во время активного фотосинтеза растения могут начисто выедать СО2: как поступивший из атмосферы, так и произведенный в системе. Теперь прикиньте, что будет лучше: оставить растения вообще без СО2 или с тем минимумом, который обеспечивается аэрацией. Меня к этой мысли привели слишком настойчивые повторения, казалось бы, прописных истин, что, мол, любое возмущение поверхности плохо для растительного аквариума, т.к. это выгоняет излишки СО2. Конечно, в каких-то системах, которые производят СО2 быстрее, чем его потребляют растения это будет правдой. Но в других ситуациях, аэрация будет не снижать, а восполнять потерянный на фотосинтез СО2.

2002-12-2223/12/2002 00:24:41
#15771
Свой на Aqa.ru


5255 21
Austria Fischlham
12 года

равновесие

Здравствуйте, Michael и layka !

Итак мы имеем понятие: "равновесная концентрация СО2 в открытой водной системе"...
Хорошо, все понятно. Растениям, по моим сведениям, очень мало, но ничего.

Я хочу узнать ваше мнение о том, имеет ли смысл приобретенное мной откуда-то понятие:
"угольная кислота равновесия" ???

Это такая концентрация СО2/угольной кислоты в воде, которая:
удерживает КН (с крана) константной и предотвращает выпады щелочноземельных карбонатов ТОЛЬКО.

В случае начальной отстойки/аэрации понадобиться сначала расстворить все выпавшие в начале карбонаты щелочноземельных угольной кислотой,
а потом лишь говорить об определении.

Итак, если "мела" на стеклах/листьях и в мутной воде/ракушках НЕТ, а КН НЕ ПАДАЕТ (при выветривании и жоре растениями),
мы говорим о поддержании "угольной кислоты равновесия",
о которой и мыслил Толстяк.

----------------------
На практике это так:

а) Залита вода с крана рН 7,2 и КН 5. Отлично, я рад.
Теперь, применяя правило Толстяка, я просто смотрю, чтоб КН к вечору не пала. Снова все хорошо

б) Имеется круто проаэрированная/отстоянная банка с 0,5 мг/л. Хочется дать растениям больше.
Сначала я потихоньку (немного интенсивнее, чем всегда) качаю и жду,
пока все "мелы" расстворятся, а рН установится в "крановое" значение.
Затем, я вспоминаю Толстяка и устанавливаю его "угольную кислоту равновесия". Снова все хорошо.
------------------------

Чего мне еще надо ?

Спасибо !

2002-12-2323/12/2002 11:59:29
#15809
Посетитель


185 1
Russian Federation Novosibirsk
16 года

равновесная концентрация СО2 в продуваемой воде зависит от концентрации СО2 в воздухе, причем не прямопропорционально - там какие-то коэффициенты к закону Генри и туча мрачных условий по ионной активности солевых растворов, в которых я не смог разобраться.
колебания содержания СО2 в комнатном воздухе возможны _в разы_. по крайней мере, существует _ПДК_ в кондиционировании помещений, предполагающая содержание СО2 = 0.1 объемных % (а не общепринятые 0.03%). предполагаю, что именно с этим связано такое большое различие в цифрах равновесной - 0.5 мг/л и 2 мг/л.

продуванием воды (не аквариумной) комнатным воздухом с известным ионным составом (буфер только гидрокарбонатный) и dkH = 1.5 мне пока не удалось получить расчетный рН 7.2-7.3 - вода оставалась слабокислой с рН 6.9.
т.е. концентрация СО2 в ней остается существенно выше 2 мг/л, про 0.5 мг/л просто молчу уже.
вечером подую еще - поглядим

равновесная угольной кислоты подразумевает, что при разных значениях рН соотношение СО2 и НСО3- будет разным

при рН 4.3 практически вся углекислота будет представлена СО2; при рН 8.3 - вся будет представлена НСО3-; еще дальше - СО3--.

в принципе, из этого графика, как и из известных таблиц, следует, например, что в той самой испытуемой воде с известным рН = 6.9, [НСО3-] = 30 мг/л должно быть СО2 совершенно немеряно.
откуда он там взялся я не понимаю.

2002-12-2323/12/2002 13:19:01
#15825
Советник



2394 25
Russian Federation
3 года

Originally posted by layka
откуда он там взялся я не понимаю.

Тут ход событий просто обратный: не рН задаёт соотношение анионов, а соотношение анионов определяет рН. Просто исходя из величины кислотности можно боль-мень корректно оценить концентрацию в воде интересующих нас форм углерода. Впрочем, это всё интересно, но уводит от главной темы обсуждения.
Предложенная layka формула ничуть не хуже "формулы толстяка" или старинной крибовской рекомендации - "пузырёк в 2-3 секунды". Но и не лучше. Формулы толстяка и Криба страдают "местечковостью" - они хорошо подходят для условий их авторов, а первая из них случайным образом удачно совпала с условиями Майкла. layka попытался найти граничное условие для максимальной скорости продувки - честь ему за это и хвала! Однако переход от концентраций к скоростям некорректен (layka сам обратил на это внимание) - за сутки "сброс счетчика" не происходит и, если продолжать рассуждать в тех же "условиях идеальности" без учета потребления СО2, то мы просто придем к величине равновесных концентраций в воде и в парах над поверхностью аквариума, чего в жизни никогда быть не может. Нельзя рассчитывать динамические модели в таких статических ограничениях. Тут нужно использовать уравнения материального баланса. И кое-что "на пальцах" в этом направлении сделать можно.
Предлагаю не учитывать вынос СО2 вследствие продувки, мне кажется, что влияние этого параметра в банке с живыми растениями сильно преувеличено. Так же, как и расходы на строительство биомассы простейших. А вот вклад растений в потребление углекислоты более, чем существенен. Определить его для каждой конкретной банки сложновато будет. Но оценочно - можно.
Предельный случай - оценка прироста биомассы растений Ветцеля (Wetzel, Limnology, 1983). В природе, по этим данным, скорость прироста водных растений составляет 1,7 кг сухой массы с одного квадратного метра в год. Т.е. порядка 140 г в месяц. С учётом того, что углерод составляет порядка 40% массы растений... Дальше, думаю, понятно. Это, однако, в природе. Данных по аквариумам, увы, маловато. Немного найдётся желающих высушивать свою траву. Но тоже есть. Diana Walstad (Ecology of the Planted Aquarium) оценивала рост своих растений в не слишком сильно засаженном аквариуме ёмкостью 175 л (более-менее стандартно выглядящая по плотности засадки банка с криптухами нескольких видов, эхами, нимфеями, кое-какой быстрорастучкой). Со стандартным для основной массы любителей освещением и водой с KH=7,5 и GH=17. В качестве основного источника углерода (равно, как и других элементов) у нее служила садовая земля, загруженная в количестве 10 кг в нижнем слое грунта. По её выкладкам получается, что растения у неё существовали в условиях полного изобилия по всем основным компонентам питания. Прирост сухой биомассы у неё составил примерно 20 г в месяц с площади около 0,4 квадратных метра. Полагаю, что с известной долей допущения её аквариум можно взять как модельный. И из этих данных получить бОльшую часть информации по скорости потребления, недостающей для расчетов скоростей продувки . Как?

2002-12-2323/12/2002 19:20:18
#15901
Советник



8433 82
United States Joliet
10 года

Для такого прироста получается 42 пузырька в минуту на 0,4 кв. метра дна. Т.е. для ее аквариума (см. последний параграф), около 30 пузырьков в минуту.

Это при пузырянии 24 часа в сутки, отсутствии других источников углерода, отсутствии потерь, освещении/темпах роста/питании/уровне посадки/воде дианиного аквариума.

Это приводит к знаменателю в формуле равному 43
(7,5*171/43=30). Так что имеем еще одну формулу, "формулу Дианы" , которая оказывается ровненько между толстяковой и Laykinoi формулами (с небольшим уклоном к толстяку, благодаря, видимо, "немецко-звучащей" фамилии Дианы)

++++++++++++++++++++
Считал тупо и быстро, так что стоит проверить и раскритиковать. Более того, могу подставиться: я считал 24-часовое пузыряние, в то время как СО2 усваивается только во время фотосинтеза. В час ночи и после порции Курвуазье уже не могу сообразить, стоит ли удвоить подачу СО2 в формуле (укоротив период подачи до 12 часов), чтобы это скомпенсировать. Уж больно сильно меня смущает возможность резкого падения рН. Да и нет уверенности, что формула должна обязательно быть в том виде, в котором она есть (не в смысле знаменателя, а вообще).

Итак,

20г массы растений/мес=8г углерода/мес=270 мг углерода в день (округленно)

60 пузырьков=1 мг СО2 (спасибо, Layka!). Углерода там только 27%, т.е. 270 мкг.

Т.е. в день нам надо 60,000 пузырьков, что составляет 42 пузырька в минуту (на 0,4 кв метра дна).

Диана, живущая в США, наверно, использует стандартный 45 gal аквариум фирмы AllGlass (171 литр по паспорту). Площадь его дна равна 0,28 кв.м.

+++++++++
+++++++++

P.S. Да, совсем забыл! Вчера произвел эксперимент в своем 285-литровом аквариуме, запущенном пару месяцев назад. Исходные параметры: КН=6 рН=8
Газ подается только во время освещения на вход канистры. Растения (крипты, анубиасы, апоногетоны, эхинодорусы и др., по-мелочи) покрывают около 75% дна. Умеренное кол-во ряски (процентов 15 поверхности). Штук 15 среднего размера скалярий, несколько мелких сомов, штуки четыре сиамских водорослеедов. Свет: две PowerCompact трубы по 55 Вт и две обычные трубы по 40Вт.

Флейта, не создающая волнения на поверхности- в одном углу. В противоположном углу- умеренно бурлящий компрессор. Т.е. процентов 65-70 внешне спокойной поверхности.

Все это время подавалось около 30-40 пузырей в минуту (хоть формулы толстяка я еще не знал ). рН к вечеру доходила, примерно, до 7,4.

Вчера утром выключил компрессор, создав абсолютно спокойную поверхность. К вечеру рН опустилась до 6.6.

А что бы было, если бы в знаменателе стояло 15, вместо 30? Прокисшая уха.

+++++++++++

Короче, ставьте меня к стенке и расстреливайте. Интересно послушать выстрелы.

Однако, еще интереснее получить данные о ваших банках. Только поэкпериментируйте с зеркально-спокойной поверхностью, чтобы сразу отбросить основную причину потери газа. Поехали!


[Отредактировано: 12-26-2002 написал Michael]

2002-12-2424/12/2002 08:21:11
#15940
Посетитель


185 1
Russian Federation Novosibirsk
16 года

очень хорошо - вырисовываются шаги по продвижению вперед.

1) опыт минимизации одного из компонентов потерь СО2 - движущейся поверхности воды - запущен. результаты доложу.
штука в том, что его, с моей точки зрения, надо бы проводить именно ночью, когда растения не едят, и потом уже экстраполировать на любое время.
для безопасности можно использовать меньшие скорости пузыряния.

2) потом начнем выдергивать траву, чтобы понять сколько она при жизни ела

без курвуазье теряю нить в расчетах Michael'a - у меня упорно получается так:
прирост 20 г сухой массы в месяц = потреблению 53 тыс. пузырьков = потреблению 73 пуз/мин в светлое время = знаменатель "х" в (N = kH*V/х) выходит 18.

пока имеем дианин знаменатель =18 против толстяковского =30 и лайкиного =15. но это не существенно, ибо наши цели выше и чище

разобраться бы, с какой все-таки площади ее прирост 20 г - с 0.4 кв.м. или с 0.28? а то допущений и так достаточно

p.s. походу на секунду вернусь к равновесной концентрации СО2, устанавливающейся в "открытой водной системе".
самое удивительное, что теория полностью подтверждается практикой - но _медленно_:
это самое равновесие установилось после суток (!) и не сдвинулось после вторых суток отстаивания в комнатных условиях проб воды с известной буферностью.

устанавливается оно на уровне 2-3 мг/л (точнее никак из-за погрешностей). но Краузевские 0.5 мг/л - для моего комнатного воздуха - не канают. ну не канают.

доказательство: рН = 6.18 + lg [НСО3-]/[СО2]
(константа 6.18 - доморощенная - кто не верит, может задвинуть свою, но эта работает приемлимо)
1 dkH соответствует концентрации [НСО3-] = 21.75 мг/л ( г/экв НСО3- = 61 г; 1 dkH = 0.3566 мг-экв/л; дальше просто)
точность измерения кН +- 0.5
точность измерения рН +- 0.1

проба с кН 1.5 после отстаивания приобрела рН 7.2-7.4, что и соответствует 2-3 мг/л СО2
проба с кН 3.5 после отстаивания приобрела рН 7.6-7.8, что соответсвует опять же 2-3 мг/л СО2

если ставить в формулу Краузевские 0.5 мг/л, то значит я ошибаюсь в измерении кН и рН на километр - а это не так.

таким образом, просто тщательно перемешивая околонейтральную воду в жилом помещении мы будем поддерживать концентрацию свободного СО2 на уровне пусть даже 2 мг/л, а это уже не так и криво (при условии, что 5 мг/л - нижняя граница оптимума).

2002-12-2424/12/2002 22:07:33
#16042
Советник



8433 82
United States Chicago
10 года

Если сухая масса растений состоит на 40 % из углерода, то

прирост 20г массы растений в месяц эквивалентен прибавке 8г углерода в месяц (40% от 20=8). Разделив эту прибавку на 30 дней (8/30), мы получаем ежедневную прибавку в 270 мг углерода.

60 пузырьков=1 мг СО2 (спасибо, Layka!). Молекулярный вес углекислого газа= 44. Углерод же в этой молекуле "весит" 12, т.е. составляет 12*100/44= 27 % молекулярного веса. Соответственно,
в 60 пузырьках углекислого газа содержится 270 мкг углерода (27% от 1мг).

Так как нам надо 270 мг углерода в день, а 60 пузырьков дают только 1/1000 этого количества, нам надо 60000 пузырьков в день.

В сутках 24*60=1440 минут. 60000/1440= 42 пузырька в минуту.

Речь шла об урожае с 0,4 кв. метра поверхности дна. Поверхность дна у Дианы почти в 1,4 раза меньше (0,4/ 0,28=1,4). Соответственно, и углерода надо в 1,4 раза меньше. Т.е., вместо 42 пузырков в минуту ей будет надо только 42/1,4=30 пузырьков в минуту.

Теперь мы имеет

КН=7,5
V= 171 литра
N= 30 пуз/мин

30=7,5*171/X=1283/X

X=1283/30=43

А говорят "пить надо меньше". Пойди пойми!


P.S. Мы не учитываем темпов захвата углерода и многого другого. Если допустить, что пузыряние идет синхронно с потреблением, т.е. все, что мы пузыряем, сразу же ассимилируется растениями, то мы получим неизменную рН и постоянную концентрацию СО2 в воде. В качестве моего отношения к реальности такой синхронизации процитирую Станиславского: "Не верю!"

Все, конечно же, значительно сложнее. Скорость ассимиляции углерода варьирует и находится в зависимости от уровня СО2 в воде. Дианины аквариумы- lo-tech, а все эти процессы (как и прирост) будут идти не так при большем освещении и подаче СО2.
Короче, либо надо подключать моего тестя к математическим моделям, либо перестать "болтать ерундой". Боюсь, что для матмодели у нас совершенно недостаточно данных, зато полно переменных.

Наверно, чтобы стабилизировать/выровнять скорость ассимиляции углерода, нам надо быстро накачать СО2, добившись оптимальной его концентрации, а затем уже подпузыривать то, что ассимилируется.

В конце-концов, кто тут у нас химик с МГУшным образованием и ботаническими наклонностями?! Винеры-Колмогоровы...


[Отредактировано: 12-25-2002 написал Michael]

2002-12-2425/12/2002 01:52:48
#16067
Посетитель


185 1
Russian Federation Novosibirsk
16 года

мда... лажечка вышла, я-то уж точно совсем не "химик с МГУшным образованием" и атомный вес углерода 12, а не 14. пойду застрелюсь, простите и прощайте.

конечно, Michael, абсолютно правильно, 20 г прироста сухой массы с 0.4 метров - 60000 пузырьков в день. для ее 0.28 метров - 42 тыс. пуз/де

но - это дианины растения потребили из неограниченного источника как бы эквивалент 42 тыс. пузырьков, следовательно скорость подачи СО2 для альтернативного обеспечения этого потребления надо расчитывать не за сутки, а за световой день (ну, пусть будет 12 часов?).

итого получаем N=58.3 пуз/мин в "светлое время".
для того чтобы получить такой N, знаменатель "х" в неадаптированной к поверхности дна формуле толстяка должен быть равен 22.

КН=7,5
V=171 литра
N=58.3 пуз/мин
х=7,5*171/N=22

далее, если все-таки продолжить "болтать ерундой", то можно ввести площадь дна в формулу.
обозначим площадь дна, как Y. при этом площадь дианиного дна была 0.28 кв.м.

тогда формулу дианиного успеха можно представить так:
N= 3.6Y*kH*V/22

p.s. конечно, все это довольно глупо. но интересно

2002-12-2525/12/2002 11:00:17
#16103



Top