Denitrifikáló berendezés

1. Denitrifikáló berendezés Pap Endre CW690I

2. Miért kell eltávolítani a nitrátot? Előfordul, hogy a víz ihatóvá tétele megköveteli a denitrifikálást a túl magas NO3 szint miatt. Ez a határérték 5mg/l. Talajvíz és felszíni víz is lehet nitráttal szennyezett. Ez szükségessé teheti a denitrifikálást ipari méretekben is. Én egy ennél kisebb volumenű - házilag gyakorlatban is megvalósítható – alkalmazással szeretnék foglalkozni (ezzel vannak tapasztalataim): az akvarisztikai bioszűrővel. Ebben hasonló folyamatok játszódnak le, mint egy ipari méretű víztisztító komplexumban: különböző nemkívánt vegyületeket mikrobiológiai úton bontja le, ehhez a megfelelő baktériumok számára optimalizáljuk a körülményeket.A halak számára a szintén 5mg/ liter alatti nitrátszintet folyamatosan biztosítani kell, ugyanis az akváriumban az folyamatosan keletkezik. A magas nitrátszint blokkolja a növekedési hormonokat a halaknál és elsavasítja a vizet, nagyobb töménységben egyensen méreg. Ezt kisebb méretű akváriumból rendszeres 20%-os részleges vízcserével ki lehet küszöbölni. 100l feletti akváriumokban azonban sokszor komplikált lehet a cserére szánt víz szállítása, ekkor már inkább ajánlott a bioszűrő alkalmazása, mely indikátorokkal beállított üzemi paraméterek mellett működve akár többféle tisztítási funkciót is elláthat, de jelen írásomban csak a denitrifikálással fogok foglalkozni.

3. A nitrát keletkezése az akváriumban Az etetőanyagokkal bevíve, a halak biológiai működése során és a vizinövények biológiai működése során és a levegőből kerülnek be illetve keletkeznek a nitrát előanyagai és a szervesanyagok az akváriumban. Félig aerob körülmények között (ilyen az ajzatkavics, illetve ajzathomok, és a közötte keletkezett talaj, egyes vízinövények gyökérzete között és a főszűrőben) történik a N2 megkötése nitrogéngyűjtő baktériumok segítségével (Azotobacter, Rhizobium). Szintén félig aerob körülmények között megy végbe az ammonifikáció, mely során NH4+ ionok keletkeznek . Ezt követi a Nitrifikáció, ami ammóniumoxidációból, és nitritoxidációból áll : NH4+1,5O2 => NO2- + 2H+ + H2O Az itt közreműködő baktériumfélék a következők: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus, Nitrosovibrio NO2- + 0,5O2 => NO3 A rekciót végrahajtó baktériumok: Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospina, Nitrospira és egy gomba, az Aspergillus

4. A denitrifikáció folyamata Az előzőekben leírt módon létrejött nitrátot anaerob körülmények között egyes baktériumok (Pseudomonasok, Bacillus licheniformis, Paracoccus denitrificans, E. coli, stb) nitrátlégzéshez használják. Ehhez energiára van szükségük, melyet szénhidrátokból tudnak fedezni, de ezzel a gyakorlatban nem sokszor kell foglalkozni, mert az akváriumban keletkező nitrát mennyiságe arányban van a vízben oldott tápanyagok mennyiségével is, hiszen ezek tápláják az egyéb lebontóbaktériumokat is, melyek a nitrátok keletkezéséért is felelősek. Tehát a denitrifikáció lényegében a következő: NO3 + energia => N2 ( N2O) Ez a folyamat +0,4V redoxipotenciálon megy végbe, látni fogjuk, hogy ezt hogyan hozzuk létre a bioszűrőben.

5. Az akváriumszűrés felépítése Az akváriumban lennie kell valamilyen főszűrőnek, mely a vízben lebegő szilárd dolgokat kiszűri a vízből és ha azok szervesek (mindig van), akkor azok aerob lebontásáról gondoskodik Ez lehet belsőszűrő, vagy külsőszűrő. A belsőszűrők mindig az akváriumon belül vannak, szűrési kapacitásuk a korlátozott szűrőanyagtérfogat miatt szintén korlátozott ,ezért gyakrabban kell őket tisztítani, de olcsóbbak. Kis és közepes akváriumokban használják. A nagyobbak szivattyúval működnek, a kisebbeket a befúvott vízszellőztető levegőztető buborékainak felfelé haladásából keletkező áramlás hajtja. Anyaguk membránmentes szivacs, vagy perlonvatta. A külsőszűrők az akváriumon kívül vannak, be- és kimenőcsöveken megy keresztül benneük a víz, mindig szivattyú hajtja. Mivel az akváriumon kívül vannak, ezért nagyobb térfogat, nagyobb szűrőkapacitás jellemzi őket, ritkábban kell takarítani. (A főszűrő felépítésével nem kívánok foglalkozni, erre ezer ötlet, és megvásárolható termék kínálata lelhető fel az internetes és egyéb irodalmakban, katalógusokban.) Emellett, ha a rendszeres részleges vízcsere nem megoldható, szükséges bioszűrő berendszeresítése is. Ez az aerob körülmények között nem lebontható, a vízben feldúsuló nemkívánt anyagok, jelen esetben a nitrát kivonását szorgalmazza. Ezek a bioszűrők ajánlottan külsőszűrők, és fajlagos áramlási sebességük lényegesen kisebb a mint a főszűrőnél (ennek óránként legalább háromszor át kell forgatnia az akvárium teljes térfogatát, míg a bioszűrőnek csak néhány nap alatt kell egyszer).

6. Maga a berendezés Le fogok írni egy lehetséges megvalósítást, de a működési elvet más anyagokból, másféle ötletekkel, működtetéssel is meg lehet valósítani, csak fantázia kérdése. Tehát a berendezés egy 110mm-es átmérőjű kb 500mm hosszú PVC-csőből fog állni, mely egy csővéglezáró dugóval van lezárva alul, felül pedig karmantyús tömítéssel ellátott kupakkal van lezárva, mely levehető, de zár.Ezenkívül kell még akváriumi levegőztetőcső, csapok, és sziloplaszt a tömítéshez. A karmantyús kupakot két helyen meg kell fúrni, és átvezetni rajta két vékony akváriumi levegőztetőcsövet az ábrának megfelelően, a csövek körül a lyukakat sziloplaszttal tömíteni kell. A főszűrő szivannyújának nyomóágán kell lennie egy kicsi leágazásnak, mert van aki itt vezeti be a levegőztetést a vízbe. Ha a bioszűrőnk bemenőcsövét erre az ágra csatlakoztatjuk, akkor ez lassan táplálni fogja a vizet a bioszűrőbe, ha pedig még egy csapot is beiktatunk, akkor mindezt szabályozhatóan teszi. Mivel a nyomóágról csapoltuk meg a főszűrőkört, (a főszűrő a szivattyú szívóágán van) az már egy aerob szűrésen átesett vizet juttat a bioszűrőbe, amely eleve kevesebb oxigént tartalmaz, mechanikai szennyeződésektől mentes és csak oldott szennyezőket tartalmaz: tápanyagot és nitrátot.

7. Ha az akváriummal egyébként minden rendben van, akkor más nemigen lesz a főszűrőn átszűrt vízben a nitráton és oldott tápanyagon kívül, az is eléggé kevés. A szűrőanyag legalul egy gombolyag perlonvatta, majd valamilyen porózus szerkezetű kavicságy. Ez lehet errea célra gyártott kerámiagyűrű, vagy egyszerű cseréptörmelék, apróra törve. Ezeket krumpliszsákba érdemes tenni, úgy egyszerűbb betenni és kivenni. A szűrőtestet képező szennyvízcsődarabot érdemes a hosszmentén több helyen elzárhatóan megcsapolni, így könnyebb lesz beállítani a helyes vízáramot. Ezt a következőképpen kell:Mivel a főszűrő kör árama nagy, a szűrt víz is fog oxigént tartalmazni, amelyet bevezetünk a bioszűrőbe, ezért a szűrő aljában még előfordulhatnak aerob organizmusok, de ezek el fogják fogyasztani az oxigént, és az anaerob állapot beáll. Ahogy haladunk a szűrőben felfelé, úgy csökken az oxigéntartalom, majd eltűnik. Ezután a nitráttartalom is csökkenni kezd, mígnem kiér a víz a szűrőből. Ha ez a víz még mindig túl sok nitrátot tartalmaz, akkor túl nagy a vízáram. Ha a kimenő nitráttartalom elfogadható, akkor az oldalsó csapolásokból vett minták vizsgálatával meg kell állapítani, hogy hol áll be a megfelelő nitrátszint a szűrőben. Ha a szűrő vége előtt áll be, akkor növelhető a vízáram. A nitráttartalmat akvarisztikai szaküzletben kapható nitráttesztcsíkkal lehet mérni, mely rendszerint elszíneződéssel mutatja ki a nitrátmennyiséget, mely a hozzá mellékelt színskáláról leolvasható.

8. A szabályozást és az oldalsó mérő-mintavevő kivezetéseket a képen láthatóhoz hasonló szerelékekkel olcsón meg lehet oldani. A szűrőtől ne várjuk, hogy azonnal működni fog, idő kell, míg a szűrőanyagban megtelepednek a megfelelő baktériumok. Ez több hétbe is beletelhet. Az elején emiatt nem tudjuk kimérni az optimális vízáramot, de a tapasztalat szerint kezdésnek jó, ha a szűrőn 15perc alatt folyik át 1l víz. Hosszú működés után mérhető eredmények lesznek, ami alapján tudunk vízáramot szabályozni. A mérések alapján pontosan beszabályozott vízáram értéke függ az akvárium nagyságától, és a benne lévő halak számától, és fajtájától, igazából attól, hogy összességében mennyi szevesanyagot juttatnak az akvárium lakói a vízbe az anyagcseréjükkel, mennyit és mit esznek, hagynak-e maradékot, vagy csak anyagcsere-termékeikkel szennyezik a vizet? Boltban kapható szabványos akvarisztikai csőidomok levegőztetőhöz, melyekkel a szabályozás , a kapcsolások és a zárható oldalkivezetések kivitelezhetőek. 100 és 200Ft között van az áruk.

9. A bioszűrő egyéb lehetséges funkciói Minden lehetséges szennyezőre lehet kapni tesztcsíkot, vagy más formában megjelenő indikátort. Minden szennyezőnek van egy lebontási redoxpotenciálja. Ez a redoxpotenciál a szűrő vége felé haladva egyre csökken. Előfordulhat, hogy valamely szennyező kivonásához más anyagotkat is kell adagolni, illetve az alacsonyabb redoxpotenciál eléréséhez hosszabb tartózkodási időt, kisebb vízáramor, vagy hosszabb szűrőtestet kell szerkeszteni. Már a denitrifikáláskor lezajló nitrátlégzés lezajlásához is megeshet, hogy nincs elég energiát biztosító tápanyag a vízben, akkor azt pótolni kell. Ez megvalósítható cukoroldat adagolásával, melyet orvosi infúzióval lehet a legkönnyebben szabályozhatóan beadagolni. Akkora mennyiség kell, hogy a kimenő víznek ne legyen cukortartalma, azt mind fogyssza el a nitrátlégzés. Erre rendszerint nincs szükség, általában az eleségmaradékból, és az anyagcseretermékekből elegendő tápanyag kerül a vízbe a nitrátlégzéshez. Vigyázni is kell a cukoradagolással, mert a cukorból alkohol is keletkezhet, ami gyakorlatilag méreg, a cukor pedig az akváriumba jutva kórokozók elszaporodását is táplálhatja.Inkább kevesebbet adagoljunk, mint a szükségesnél többet. Ha a vízáramot drasztikusan túl lassúra választjuk, akkor a redoxpotenciál annyira lecsökkenhet, hogy CO2, acetát, metán is megjelenhet a vízben (megjelenik a karbonátlégzés), ami szintén kerülendő. A visszavezetendő vizet érdemes csöpögtetve visszavezetni az akváriumba, hogy abból a keletkezett gázok kiszellőzzenek.

10. A jól beállított bioszűrő hosszú időre szükségtelenné teheti a vízcserét, amely jelentős munkaráfordítás lenne. Ennek ellenére párolgás pótlása miatt sókban feldúsul az akvárium vize, és emiatt bár sokkkal ritkábban, de mégis kell a vizet cserélni. A leírt berendezés valakinek 500literes akváriumot lát el. Ha a szűrő hossza kevésnek bizonyul elkészítés után (ez nagy akváriumoknál megeshet) , akkor sem kell kidobni, könnyű a problémát orvosolni: a bemenő ágat egy hosszú csőtekervényen kell átvezetni, így nagyobb áram esetén is elég időt tölt el a csőcsigában a víz, hogy az oxigén nagy része elfogyjon a szűrőbe érve, és ott megkezdődhessen a nitrátlégző baktériumok élete.