Gasuitwisseling
Gasuitwisseling herstelt de opgeloste gasniveaus van een tank om overeen te komen met die van atmosferische niveaus in overeenstemming met de gasdruk fysica. Voor aquaristische doeleinden betekent dit het aanvullen van uitgeputte zuurstofniveaus in de tank en het afvoeren van CO2 uit het tankwater als het op een verhoogd niveau is in vergelijking met het evenwicht. Gasuitwisseling tussen het water van de tank en de atmosfeer wordt bepaald door:
Oppervlakte
De hoeveelheid oppervlakte van de beplante tank in contact met lucht aan het oppervlak. Ondiepe tanks hebben een veel gemakkelijkere tijd om goede gasuitwisseling te bereiken.
Oppervlaktefilm
Of er een oppervlaktefilm / olielaag op het wateroppervlak is De omzet tussen de oppervlaktelagen en diepere lagen in de tank.
Watercirculatie
Puur een hoge stroming hebben in diepere lagen maar met beperkte uitwisseling met oppervlaktelagen van water geeft geen goede gasuitwisseling.
Zuurstofverbruik
Zowel het vee als de bacteriële activiteit verbruiken zuurstof, en het is vaak een van de meest over het hoofd geziene componenten in een beplante tank – omdat mensen aannemen dat planten het water zullen oxygeneren. Dit is tot op zekere hoogte waar. Planten oxygeneren water, maar alleen tijdens de lichturen, wanneer fotosynthese plaatsvindt en wanneer ze toegang hebben tot voldoende CO2 (voor elke molecuul O2 die wordt geproduceerd, is een CO2-molecuul nodig), terwijl zuurstofverbruik plaatsvindt gedurende alle 24 uur.
Twee tanks met gelijke waterinhoud: de hoge tank met een kleinere oppervlakte die blootgesteld wordt aan lucht zorgt voor een slechte gasuitwisseling. Aan de rechterkant: circulatie van oppervlaktewater met diepere lagen water is belangrijk. Alleen maar veel turbulentie hebben diep in de tank, maar geen circulatie tussen de bovenste en onderste lagen, is contraproductief. Een circulatiepatroon hebben zoals weergegeven in het diagram is een van de meest effectieve manieren om een betere gasuitwisseling te krijgen. Dit stromingspatroon drukt ook tegen de bodembedekking, waardoor CO2 naar de bodembedekkende planten wordt gebracht.
Zou een verhoogde afvoer van CO2 geen “verspilling” zijn?
Intuïtief gezien lijkt het afvoeren van CO2 uit een CO2-geïnjecteerde tank niet logisch. Maar het is een belangrijk onderdeel van een effectief CO2-systeem. Stel je een hypothetische afgesloten tank voor zonder mechanisme voor gasuitwisseling, wat betekent dat 100% van de ingespoten CO2 in het water terechtkomt. Ongeacht je injectiesnelheid, het zou slechts een kwestie van tijd zijn voordat CO2 dodelijke niveaus bereikt voor vee in zo’n opstelling, zelfs als je injecteert met een zeer lage snelheid.
Een hogere injectiesnelheid betekent dat je sneller dat niveau bereikt; een lage injectiesnelheid in een tank zonder afvoer van CO2 zal ook CO2 in een rechte lijn opbouwen – het bereiken van dodelijke niveaus is slechts een kwestie van tijd.
HOE OPTIMALE, MAAR NIET DOODDELIJKE NIVEAUS TE BEREIKEN
In een echte tank is er altijd gaseuze uitwisseling, evenals consumptie door waterplanten. Zelfs in een tank met een slecht systeem voor het afgeven van CO2, stijgen de niveaus van CO2 op een afnemende manier. Naarmate CO2-niveaus stijgen, wordt het verschil tussen atmosferische niveaus en het bedrag van opgeloste CO2 in de tank groter, en wordt er meer CO2 afgegeven. Planten halen ook CO2 uit het water tijdens lichte uren. Dus als we CO2 in een beplante aquarium injecteren, stijgen de CO2-niveaus in een curve die een afnemend rendement weerspiegelt. Elke extra eenheid CO2 die in de tank wordt geïnjecteerd, draagt minder bij aan de CO2-niveaus in de tank totdat de injectiesnelheid gelijk is aan de snelheid van afgeven. Hier bereikt CO2 het evenwichtsniveau.
Alle geïnjecteerde CO2 moet ergens naartoe; het wordt ofwel in de tank opgeslagen of afgegeven. Wanneer mensen zeggen dat een beplante tank 35 of 15 ppm CO2 moet hebben, verwijzen ze naar dit evenwichtsniveau van opgeloste CO2 in het water. De bovenstaande grafiek illustreert het probleem met slechte gaseuze uitwisseling; men staat voor het dilemma om ofwel heel langzaam op te bouwen om optimale niveaus te bereiken, of te gemakkelijk de dodelijke drempelwaarde te overschrijden. Het duurt ook behoorlijk lang voordat CO2-niveaus in tanks opgebouwd zijn – dus wanneer je CO2-niveaumetingen doet is ook belangrijk.
In tanks met lage injectiesnelheden wordt de voorraad snel opgebruikt wanneer de lichten aangaan – CO2-niveaus dalen aanvankelijk vanwege plantenconsumptie voordat ze gedurende de dag weer opbouwen (planten verbruiken meer CO2 in de eerste paar uur).
Dit is contraproductief; er is aanzienlijke fluctuatie, maar CO2-niveaus zijn niet op het optimale punt wanneer het het meest nodig is – aan het begin van de dag. Toch kan deze situatie leiden tot een situatie waarin CO2-niveaus aan het einde van de dag zeer hoog zijn, met vissen die naar adem happen aan de oppervlakte. Hobbyisten staan voor de puzzel hoe vissen kunnen happen naar adem en toch hun planten niet voldoende CO2 krijgen.
Dit is helaas een zeer veelvoorkomend scenario in de wereld van beplante tanks wanneer mensen lage injectiesnelheden gebruiken in combinatie met een slechte gaseuze uitwisseling.
Het perfecte scenario
In het perfecte scenario zou de grafiek van de CO2-accumulatie er als volgt uitzien: de injectiesnelheid bereikt snel het optimale niveau, maar houdt het dan op dat niveau vast en gaat niet verder.
De vraag is hoe we steilere CO2-accumulatiecurven kunnen krijgen die steiler aflopen.
De optimale manier om hoge opgeloste CO2-niveaus te krijgen
DOOR VERHOOGDE GASUITWISSELING
Een betere gasuitwisseling maakt het mogelijk om een hogere injectiesnelheid te gebruiken.
Curve A: Naarmate de CO2-verzadiging toeneemt, wordt CO2 in toenemende mate uitgewisseld, waardoor overmatige opbouw van CO2 wordt voorkomen. Dit maakt snellere opbouw van CO2 mogelijk en vergemakkelijkt het richten op hoge CO2-niveaus zonder schadelijke niveaus te bereiken.
Er is een balans tussen het hebben van goede gasuitwisseling en te agressieve gasuitwisseling die voorkomt dat CO2-niveaus op een zinvolle manier toenemen.
Dit in tegenstelling tot het gebruik van een lage CO2-injectiesnelheid, maar waarbij CO2 langzaam gedurende vele uren wordt opgebouwd. (Curve B) Zoals eerder uitgelegd, zijn er veel nadelen aan verbonden.
Een goede gasuitwisseling zorgt ervoor dat CO2-niveaus steiler afnemen naarmate de CO2-verzadiging toeneemt. Dit stelt ons in staat om hogere injectiesnelheden te gebruiken zonder de dodelijke drempel te overschrijden.
4 voordelen van een hogere gaseous exchange
Het maakt het makkelijker om CO2 op een hoger niveau in te stellen
In vergelijking met tanks met een slechte gaseous exchange geeft het snellere feedback over CO2-niveaus (men ziet het uiteindelijke evenwichtspunt in een kortere tijd). Tanks met een lage off-gassing zijn zeer gevoelig voor elke verhoging van CO2-injectie en het uiteindelijke evenwichtspunt is moeilijker te raden.
Het maakt het mogelijk om een grotere foutmarge te hebben bij het instellen van CO2
Dit komt doordat bij hogere CO2-niveaus de hoge gaseous exchange-mechanismen ervoor zorgen dat het niet verder stijgt. Onthoud het voorbeeld van de afgesloten doos – bij tanks met een slecht off-gassing-mechanisme kunnen zelfs kleine injectiesnelheden gemakkelijk ophopen tot dodelijke niveaus.
CO2-niveaus zijn stabieler
Korte opbouwtijd betekent minder fluctuatie omdat het het optimale niveau bereikt binnen hetzelfde tijdsbestek elke dag. Consumptie door planten heeft een verwaarloosbaar effect wanneer CO2 op een hoger niveau wordt geïnjecteerd.
Zuurstof wordt op een hoog niveau gehandhaafd
Dit is voordelig voor vee en is gunstiger bij hogere CO2-niveaus. Zuurstof- en CO2-niveaus zijn onafhankelijk in een tank, idealiter willen we goede CO2- en hoge O2-niveaus in onze beplante tanks.
3 hulpmiddelen om de gasuitwisseling te verbeteren
Voor veel beplante aquaria, vooral kleinere die niet te hoog/smalle zijn, kan een redelijk goede gasuitwisseling worden bereikt door ervoor te zorgen dat de stromingspatronen in het aquarium de oppervlaktelaag van het water uitwisselen met diepere lagen – dit zorgt meestal ook voor wat oppervlakte-agitatie.
Een grote hoeveelheid stroming in de tankomgeving hebben, maar geen circulatie tussen de oppervlaktelaag van het water en diepere lagen van het water in de tank, helpt de gasuitwisseling niet veel omdat de gasuitwisseling plaatsvindt in de laag die in contact staat met lucht.
CO2-injectie is lastig in grote openbare beplante aquaria zoals deze in het Sumida Aquarium (Tokyo, Japan). Let op de uitstroompijpen (linksboven in de tank) in de buurt van het oppervlak die het oppervlaktewater circuleren met diepere lagen in de tank. Een minder ervaren tankontwerper zou hebben geprobeerd om de uitstroompunten te verbergen achter of achter de hardcape (gezien de voorkeur van de Japanners voor esthetiek / schoon ontwerp) – de stromingspatroon is belangrijk genoeg dat het hier prioriteit heeft.
3 hulpmiddelen die helpen bij het creëren van een stromingspatroon dat het bovenste volume water (vooral de oppervlaktelaag) in een tank met de diepere gebieden gelijkmatig cycli:
Leliepijpen en sproeibars
Het gebruik van leliepijpen of sproeibars filteruitgangen die de stroomuitvoer nabij het oppervlak kanaaliseren in een patroon dat de toplaag van het water (die in contact staat met lucht) met diepere lagen in de tank circuleert, verbetert de gasuitwisseling aanzienlijk.
Het blauwe X-teken in de onderstaande diagram toont de ideale plaatsing voor de CO2-diffuser; deze moet aan de tegenovergestelde kant van de uitstroom worden geplaatst, waarbij de neerwaartse stroming van de stroming de bubbels naar beneden drukt richting de bodem. Men moet de CO2-mist over het hele aquarium zien reizen naar de kant waar de filteruitgang is. Als de CO2-mist niet helemaal aan de andere kant komt, betekent dit dat de stroming zwak is of dat de CO2-diffuser geen fijne genoeg mist produceert.
Oppervlakte-afschuimer
Het gebruik van oppervlakte-afschuimers, die de wateroppervlakte kristalhelder houden van oppervlaktefilm en de zuurstofrijke bovenste laag water aanzuigen, is ook een goede methode. Opnieuw wordt de bovenste laag water (die in contact komt met lucht) gecirculeerd met dieper water.
We draaien nooit tanks zonder ze; ze zijn ook gemakkelijk verborgen achter hoge stengelplanten.
Overloop
De andere methode is het gebruik van overloopsystemen en sumps, die ook voor een geweldige gaseous exchange zorgen.