Долой железные хелаты! Автоматическая система подачи оптимального количества железа в аквариум.

А можно ли избавить себя от необходимости периодически подливать в аквариум хелаты железа? Ведь тут в чем опасность? Чуть перелил – нитчатка пошла. Недолил – хлороз получил. А если уехать надо дней на 10-14? Буйно растущие растения "выедают" комплексоны железа дней за 5, а дальше они будут голодать. Но решение проблемы оказалось до смешного простым, надо было лишь чуть-чуть "пошурупить".

Самый дешёвый и эффективный способ удобрения аквариумных растений железом.

    К этому, несомненно, важнейшему открытию в области аквариумного растениеводства, подтолкнули многочисленные дискуссии в Интернете о подкормке аквариумных растений хелатом железа (или хелатированным железом, или хелированным... – кому как нравится называть, растениям-то это до лампочки... лишь бы оно, железо, было). Почему-то широкое распространение получило утверждение, что аквариумные растения могут усваивать исключительно только двухвалентное железо (Fe²⁺), а трехвалентное (Fe³⁺) для них совершенно бесполезно. Второй тоже сомнительный тезис утверждает, что хелатирование двухвалентного железа якобы предохраняет его от окисления в воде аквариума, то есть железо остается двухвалентным. Мне, чтобы разобраться с этим вопросом, пришлось поставить массу опытов, на что я потратил кучу времени. Но теперь нисколько не жалею об этом, так как итог этих нелегких изысканий превзошел все ожидания. 
    К сожалению, изложить все в нескольких словах у меня не получилось. Идея становится ясной, понятной и даже очевидной, если рассказывать обо всех нюансах подробно. Не обеспечишь хотя бы одного из названных ниже условий и шурупы не сработают. Поэтому, тем, кому "железная" тема интересна, придется набраться терпения, чтобы прочитать весь этот материал до конца. 

    Сначала обратимся к результатам моих изысканий, которые проводились для того, чтобы выяснить, что происходит с комплексонами Fe²⁺ в воде аквариума.  

1. Хелатирование двухвалентного железа не спасает его от окисления. В условиях аквариума оно за несколько минут превращается в трехвалентное. Оставаясь при этом в виде комплексона
2. Растения прекрасно умеют усваивать трехвалентное железо¹⁾
   Главное, чтобы в воде постоянно было небольшое количество железа: 0.1-0.2 мг/л. Этого вполне достаточно для высших растений, но еще мало для того, чтобы спровоцировать вспышку водорослей (особенно нитчатые водоросли любят избыток железа)
3. Свободные ионы железа (даже если они попадают в аквариум в составе относительно устойчивой в растворах соли Мора) единожды внесенные, за минут 20-30 (сроки могут заметно изменяться в зависимости от гидрохимических параметров воды) перестают присутствовать в воде аквариума в приемлемых для растений количествах, так как выпадают в осадок.
4. Хелатирующие агенты, например, трилон-Б, нужны для создания комплексонов железа, которые в течение многих суток могут стабильно находиться в воде. Но они же и затрудняют потребление растениями железа, которым в этом случае надо еще вытащить драгоценный железный ион из хелатных клещей. Слишком сильные комплексообразователи, поэтому, применять нельзя – не смогут вытащить...

ВЫВОД: В идеале надо бы научиться поддерживать в аквариуме пусть невысокий, но стабильный уровень ионов НЕ хелатированного железа.

    Как это сделать? Трехвалентное железо даже при относительно низких значениях  рН=6.6-6.7 быстро образует очень плохо растворимый осадок Fe(OH)₃. Поэтому просто положить в аквариум гвоздь, и думать, что он будет ржаветь и обогащать воду железом – совсем не решение проблемы. Однако, решение близко... Отмечу, что надо класть не гвоздь, а шуруп, чтобы увеличить площадь контакта воды с железом и создать вокруг завихрения, которые делают процесс коррозии более интенсивным. Мало положить шуруп в аквариум, его надо положить на течении. В неподвижной воде он будет быстро окружен толстым слоем Fe(OH)₃, что резко замедлит его дальнейшее "растворение". Именно поэтому и потерпели фиаско многие предпринятые до сих пор попытки обогащения аквариумной воды железом с помощью гвоздей.

 И, тем не менее, протестируйте простую водопроводную воду. Если только она не щелочная, то в ней будет всегда присутствовать растворенное железо. В питерском водопроводе даже при хороших трубах, когда вода идет не ржавая, а совершенно прозрачная, содержится не менее 0.1 мг/л железа. Почему так происходит? Да потому, что имеет место коррозия труб, за счет которой и поддерживается постоянная концентрация железа в водопроводной воде. Значит и в аквариумной системе надо создать постоянно работающий очаг коррозирующего железа. И оказалось, что сделать это вполне возможно. Как это часто бывает, для решения практической проблемы пришлось сначала ознакомиться с теорией. Вот, что она говорит о механизме электрохимической коррозии в воде:

    Железо термодинамически неустойчиво в воде и стремится к растворению в ней. Достаточно минимальной неоднородности, чтобы возникла возможность для перехода Fe в состояние Fe⁺², инициирующего процесс электрохимической коррозии. Энергия ионов железа в кристаллической решетке металла выше, чем  в воде. Эти ионы склонны переходить в жидкую фазу согласно второму закону термодинамики. Всякая система стремиться перейти в минимальное энергетическое состояние.     
    При контакте железа с аэрированным раствором происходит образование микроскопических гальванических элементов и начинаются следующие окислительно-восстановительные реакции:

на аноде: Fe => Fe²⁺ + 2e^-;

на катоде: 2e + 0.5 O₂ + H₂O => 2OH^-

        Механизм электрохимической коррозии схематически изображен на рисунке (см. ниже). Поврежденный металл становится поставщиком электронов и играет роль анода, а кислород перехватывает электроны и играет роль катода. На аноде происходит разложение металла, а катод защищен²⁾.

    Итак, наука говорит о том, что наша цель вполне достижима. Мы же убедились, что не собираемся действовать против объективных законов природы, что заведомо обрекло бы наше наше начинание на неудачу. Однако, надо выполнить следующие условия:

1. Создать очаги коррозии в шурупах.
2. Обеспечить процесс коррозии достаточным количеством кислорода.
3. Согласно принципу Ле Шателье-Брауна, реакция пойдет быстрее, если ее продукты будут тут же удаляться. Мы будем удалять продукты двумя способами. Течением воды и насыщением ее углекислотой, которая будет подкислять воду и удалять из системы совсем не нужные нам ионы ОН^-.

    Что ж, выполним все эти условия.

    Сначала купим в магазине саморезы (шурупы). Вот они новенькие. Похоже, еще и оцинкованные.

В кислоту их! Я залил саморезы 5% соляной кислотой. Цинк, наверное, и в самом деле на них был. Часа два шурупы "пузыряли". Потом как-то изменились в цвете, а реакция затихла. Я счел, что очистил их от цинка (еще только цинка в аквариуме не хватало! У меня там креветок полно...) и, кроме того, создал многочисленные очаги коррозии.

    Я не ошибся. Когда выложенные после тщательной промывки в проточной воде шурупы обсохли, то выглядели они просто замечательно: это то, что мне надо!

    Теперь они будут корродировать просто на ура. Запомним важный момент:для того, чтобы шурупы в аквариуме действительно были активным источником ионов железа, их надо предварительно АКТИВИРОВАТЬ соляной кислотой. Думаю, что за неимением соляной кислоты можно воспользоваться уксусной, но обрабатывать шурупы тогда придется не менее суток.
    Далее надо осуществить закладку шурупов в фильтр. Мой аквариум обслуживается "серофилом 1100". Это внешний фильтр с тремя лотками. Поток воды идет через них снизу вверх. В первом лотке находится довольно крупная поролоновая губка для механической очистки. Губка вполне нормально справляется со своей задачей. Она не забивается и, в то же время, хорошо защищает следующую за ней биокерамику от заиливания.

    Функция керамических колец не только биофильтрация, они расположены хаотично и поэтому разбивают поток воды, создавая  множество мелких разнонаправленных потоков, а значит и идеальные условия для растворения газа в воде, если его в эти потоки подать. Учтем это обстоятельство...

    Но не будем отвлекаться от темы. Приступим к закладке шурупов в фильтр. Шурупы кладем вперемешку со мхом сфагнумом. Он выделяет органические кислоты, что подкисляет среду и еще больше будет усиливать процесс коррозии и, кроме того, часть перешедших в воду ионов железа будет образовывать с органическими кислотами комплексы. Они не стойкие, совсем не чета трилоновым, но все же помогут удалять железо из зоны реакции и доставлять его в аквариум. Возможно они и в аквариуме немного продлят время свободного плавания ионов железа. По крайней мере в природе, миграция железа в водных объектах происходит именно при образовании комплексных соединений ионов железа с гуминовыми и фульвокислотами³⁾.

Теперь позаботимся о подаче углекислого газа. Нам надо подавать углекислый газ непосредственно в фильтр. Даже если он пройдет сквозь пористую губку в виде отдельных мелких пузырьков, то уж точно весь растворится в разнонаправленных потоках лотка с керамическими кольцами. Проще всего подавать углекислый газ на вход "внешника". В качестве защиты на конец водозаборной трубки я надевал продырявленный во многих местах стаканчик от тестов НИЛПА. Проделать в нем много небольших отверстий очень легко, так как он изготовлен из мягкого материала. Одно из отверстий надо сделать большего диаметра, такого чтобы туда плотно входила трубка, подающая углекислый газ от баллона, оно отмечено стрелкой.

    Я использовал систему  подачи CO₂ SERA с внешним вентилем и электронный конроллер-рН-метр SERAMIK, регулирующий подачу СО₂. В целом, мне она очень понравилась. Редуктор на баллоне работает четче, чем аналогичное изделие многоуважаемой фирмы TUNZE, сам контроллер очень надежен. Но вот реактор, в котором должен растворятся углекислый газ серовцам явно не удался. Он получился очень громоздким и малоэффективным. Подавая углекислоту непосредственно на вход внешника, я убил сразу трех зайцев: убрал из аквариума громоздкую и бесполезную вещь, добился максимально экономного расходования СО₂, что актуально при использовании небольшого баллона (всего-то на 500 г СО₂), и обеспечил быструю коррозию шурупов в фильтре.

    Продолжу рассказ. Как видно на фото, растительность в моем аквариуме была жидковата и снабдить воду достаточным количеством кислорода для быстрой коррозии шурупов не могла. Вот мне и пришлось для инициации процесса использовать оксидатор, который отлично насыщает воду кислородом. Замечу, что долго его эксплуатировать не пришлось, вся растительность после сделанных мною преобразований в аквариуме тронулась в рост и стала "пузырять". А "пузыряние" означает, что вода пересыщена кислородом, его столько, что больше уже не может раствориться. Оксидатор оказался не нужным уже спустя 9 дней после переоборудования аквариума. Все сложилось как нельзя хорошо. Растения выделяют кислород только во время светового дня. Поэтому именно тогда, когда они максимально активны и лучше всего способны усваивать железо, оно как раз и переходит в воду. Ночью процесс замедляется. Налицо явная экономия активированных шурупов.

Убран серовский СО₂-реактор. Теперь углекислый газ подается на водозабор внешнего фильтра. Это первый день с шурупами в фильтре и с подачей в него СО₂. Справа за камнем установлен оксидатор. Если не увидели его, то кликните по фото.

Фото сделано через 15 дней после начала эксперимента. Бурный процесс роста растений пошел! Надо сказать, что явный положительный результат получен не так уж и быстро. Если бы я лил в аквариум удобрения, то, возможно, получил бы его дней на 7 быстрее. Но я сэкономил на удобрениях и не прогадал. Подождать лишнюю неделю - не трагедия. На заднем плане виден оксидатор (стрелка), но он стоит пустой и не работает. Я просто поленился его вынуть, так как внешний вид "банки" он практически не портит. Видно, что внизу стебельки у пузырчатки тоненькие и хилые, но выше она просто преображается и дает обильную биомассу. На фото можно рассмотреть как устроена подача углекислоты в фильтр: она по трубочке передается непосредственно на водозабор. Чтобы стаканчик не соскакивал с водозаборной трубки он одет на тоненькую полоску поролона, намотанную на эту трубку. За счет упругости губки стаканчик держится очень надежно. Верху слева виден рН электрод, от системы, которая контролирует подачу СО₂ в аквариум.  

Но посмотрим как развивались события во времени. Это фото сделано через 9 дней после начала эксперимента. Шурупы и подача углекислоты на вход внешнего фильтра дали четкий эффект.  Посчитаем сколько углеислого газа в воде аквариума: КН=3,5  рН=6,8  вводим эти значения в считалку и получаем 19,5 мг/л - это то, что надо. Об оптимальном содержании СО2 в воде аквариума на Аквариумке есть отдельная статья. Она полезная, прочитайте, не ленитесь!

Прошло 15 дней. Успех эксперимента очевиден. В воде аквариума постоянно и устойчиво поддерживается 20 мг/л СО₂ и 0.1 мг в л железа. Как видно, этого более чем достаточно для роста растений.

А вот так выглядел аквариум ещё через 6 дней. Посмотрите на фото аквариума в тот день, когда были загружены шурупы во внешник ...да, разница все же есть... Идея использования активированных кислотой шурупов на фоне высокого содержания кислорода в воде сработала на все 100%! Отмечу, что высокое содержание кислорода в воде аквариума само по себе полезно. Читайте об этом специальную статью, не ленитесь!

    Необходимо отметить, что шурупы растворяются медленно. Поэтому передозировка железа невозможна. И это очень важно. Пока, концентрация железа низкая, водоросли в аквариуме практически отсутствуют. Высшим растениям вполне хватает и столь малого содержания железа. Главное, что оно подается без перебоев, ведь у меня получилась

автоматическая система подачи оптимального количества железа в аквариум

Чем больше кислорода выделяют растения, тем лучше он переводит ионы железа в воду. Железо поступает в воду равномерно, без пиков концентрации и без провалов. А передозировка, которая нередко случается при использовании хелатного железа, особенно самодельного, тут просто исключена!

    А теперь посмотрим, что стало с шурупами в фильтре?

Я вынул верхнюю губку, защищающую роторную камеру.  Некоторые шурупы буквально вросли в нее. Как и ожидалось, шурупы не окружены полностью плотным слоем  Fe(OH)3, но, в то же время, процесс коррозии идет очень интенсивно...

    Вообще-то любой аквариумист может часами говорить о своем аквариуме, о своих находках и ошибках. Я надеюсь что сумел, пусть не коротко, но, ясно и понятно рассказать о простом и очень эффективном способе подкормки растений железом, а потому, пора заканчивать этот рассказ. Хотя...
    Не... это еще не всё. Пока я отрабатывал методику удобрения аквариумных растений железом, я не заботился о дизайне аквариума. А вот в следующем месяце, используя описанные в данной статье наработки, я занялся его оформлением. Правда по ходу дела концепция оформления поменялась. Пузырчатка была убрана, так как своим бурным ростом она меня сильно достала. Но наконец-то сильно разросся циперус Хелфера, окрепли криптокорины, а заборную трубку фильтра я закрыл валиснерией "Леопард". Посмотрите что вышло.

Вот как-то так... Кликните по фото, чтобы увеличить.

Желаю всем ЖЕЛЕЗНЫХ успехов в выращивании наших нежных аквариумных зеленых друзей!!! А ещё - владельцам внешних фильтров не тратиться на СО2-реактор, ведь самый эффективный реактор у Вас уже есть!

¹⁾Подробности в книге: Н.П.Битюцкий, А.С.Кащенко. "Комплексоны в регуляции питания растений микроэлементами."  – Санкт-Петербург, Издательство С.-Петербургского университета, 1996. 
К тексту

²⁾ Цитата из книги: Ф.Берне, Ж.Кордонье. "Водоочистка." – Москва, "Химия", 1997. 
К тексту

³⁾ Данный вывод сделан на основании литературных данных: см. книгу Т.И.Моисеенко "Закисление вод: факторы, механизмы и экологические последствия."– Москва, "Наука", 2003, а также на основании практики, которая, как известно, источник познания и критерий истины.
К тексту