Osmosi inversa in un acquario

Un sistema di osmosi inversa (RO) è un componente indispensabile di qualsiasi sistema di acquario marino, altrimenti semplicemente non funzionano molto bene senza uno.

I sistemi RO sono importanti anche per l'acqua dolceanche acquari, soprattutto se di grandi dimensioni. Un buon sistema RO aiuta a mantenere la corretta chimica dell'acqua, il pH e stabilisce la corretta pressione osmotica per il pesce (quest'ultimo motivo è il motivo per cui non puoi mettere i pesci d'acqua salata in una vasca d'acqua dolce: le loro cellule esplodono).

Qui esamineremo la qualità dell'acqua che puoiaspettarsi da un sistema RO, descrivendo in dettaglio cosa si fa per il serbatoio, i suoi componenti e anche come farlo funzionare correttamente e mantenerlo entro parametri funzionali.

Cos'è l'osmosi inversa (RO)?

Un sistema RO è un sistema di purificazione dell'acqua cheapplica una pressione attraverso una membrana semipermeabile (come un setaccio microscopico) che consente selettivamente il passaggio dei soluti in base alla restrizione dimensionale o allo stato di carica, rimuovendoli così dall'acqua prodotta. Un soluto è tutto ciò che viene sciolto liberamente in acqua, che è il solvente.

Tutte le fonti naturali d'acqua contengono variioni metallici, ioni non metallici e alcuni ioni poliatomici. Uno ione è lo stato di un atomo o di una molecola (un insieme di atomi simili o dissimili) che assume una carica.

Ciò si verifica tramite l'aggiunta o la perditadi elettroni alla nuvola di elettroni dell'atomo o della molecola. Gli elettroni sono le particelle fondamentali caricate negativamente che formano orbitali attorno al nucleo di un atomo.

Gli elettroni sono anche condivisi tra gli atomi inmolecole e possono formare versioni ibride (unite) di orbitali atomici. In realtà, non c'è una vera aggiunta di una particella elettronica alla nuvola, motivo per cui viene definita "nuvola".

Ciò che effettivamente accade è un trasferimento o una perdita dil'energia alla nuvola e i veri elettroni non esistono realmente fino a quando non vengono misurati (osservati). Questo fa parte di un teorema chiamato dualità particella-onda, in cui le particelle fondamentali, come elettroni o fotoni, ad esempio, possono esibire proprietà ondulatorie o comportamenti particellari, ma non entrambi contemporaneamente.

Quali sono le parti di un sistema RO?

I sistemi RO sono composti da diverse parti chelavorare insieme per ottenere un'acqua di qualità superiore rimuovendo selettivamente gli ioni dall'acqua prodotta. Questo è molto importante per mantenere chimicamente un ambiente favorevole per i tuoi pesci e anche per stabilire un ambiente corretto osmoticamente (più su quello sotto).

Membrana

La membrana del sistema RO, che è parzialmentepermeabile (semipermeabile) è il cuore dell'intero sistema. È un tipo di setaccio micromolecolare che lascia passare l'acqua e permette il passaggio selettivo di alcuni soluti. Quei soluti che possono passare attraverso la membrana lo fanno perché sono abbastanza piccoli da consentire alle porte all'interno della membrana di attraversarla o hanno una carica che consente loro di viaggiare attraverso la membrana.

Altri ioni con carica più elevata (come ioni bivalenti,che hanno due cariche in più o due in meno) non possono passare a meno che la membrana non sia danneggiata. In quanto tali, le membrane hanno una durata utile e devono essere periodicamente sostituite quando ci sono rotture o quando il livello di legame del soluto limitato alla membrana riduce sostanzialmente il passaggio libero di acqua e soluti.

In alcuni sistemi RO che sono costruiti per accoglierevolumi di filtrazione dell'acqua maggiori, vengono utilizzati più strati di membrana. Tra tutti i componenti consumabili di un sistema RO, la membrana è tipicamente la parte più costosa.

Sistemi di prefiltro

Poiché le membrane RO possono essere un po 'costose,proteggerli dal dover filtrare alte concentrazioni di soluti dall'acqua prodotta può essere influenzato dall'utilizzo di un sistema di prefiltrazione. I prefiltri possono rimuovere il particolato grezzo e i soluti che si trovano tipicamente nelle fonti di acqua dura.

Questi sistemi di prefiltro sono posti a monte dila cartuccia principale della membrana RO e sono costituiti da diversi tipi, spesso usati in combinazione per produrre acqua pre-membrana piuttosto pulita. Un componente comune del prefiltro è una colonna di carbone attivo.

Il carbone attivo ha numerosi siti di legamela sua superficie per assorbire una varietà di sostanze chimiche e soluti ionici in acqua. Se c'è una grande quantità di particolato nell'acqua di sorgente, i filtri a sabbia sono spesso il dispositivo preferito per rimuovere il particolato prima di alimentare l'acqua nella cartuccia di carbone attivo.

Un'altra popolare opzione di prefiltro che è diventatapiù diffuso sin dalla sua introduzione sono speciali cilindri in polipropilene che vengono iniettati durante lo stampaggio con fibre di un polimero non tessuto. Queste colonne in polipropilene sono fondamentalmente un sistema di filtraggio da 5 micron, mentre la maggior parte delle membrane RO funziona fino alla gamma di 0,0005 micron (la maggior parte dei sistemi RO per acquari utilizza una membrana RO 0001 micron).

Manometro

Assicurati di non far saltare accidentalmente il tuo fileuna bella membrana RO costosa è importante e questo può essere garantito installando un manometro. Il manometro ti consentirà di regolare la portata del sistema su parametri ottimali per la membrana e ti farà sapere se stai o meno sovra o sotto pressione il sistema.

Alcuni sistemi RO standard per applicazioni più piccole non sono dotati di un manometro. Tuttavia, un indicatore può essere facilmente adattato al sistema. È un componente che consigliamo vivamente.

Limitatore di flusso

I limitatori di flusso sono un ottimo assistente inregolare l'acqua, ottimizzare le prestazioni del sistema e proteggere la cartuccia della membrana RO da eventuali danni. Un limitatore di flusso è un tipo di valvola di ritegno che limita il flusso d'acqua in ingresso fino a quando non viene raggiunta la pressione interna corretta per prestazioni ottimali nel sistema RO.

In caso di sovrapressione, limitatori di flussomanterrà le pressioni interne di picco all'interno del vano della cartuccia della membrana RO e consentirà di deviare l'acqua in eccesso in entrata per bypassare il sistema verso l'uscita delle acque reflue.

Valvola di lavaggio

Le valvole di lavaggio consentono all'acqua di bypassare il flussolimitatore per consentire il controlavaggio di grandi depositi dal sistema a membrana. Ciò aiuta ad aumentare la durata della membrana e impedisce che materiali dannosi rimangano intrappolati sulla sua superficie.

La maggior parte dei sistemi RO non dispone di una valvola di scarico, ma queste possono essere acquistate separatamente e adattate a quasi tutti i sistemi a osmosi inversa.

Acqua prodotta (uscita)

L'acqua prodotta è la prima delle due uscite del sistemaed è l'obiettivo principale del vostro sistema RO: la produzione di acqua purificata. Un sistema RO ben funzionante è in genere in grado di rimuovere circa il 90% dei componenti indesiderati dalla comune acqua di rubinetto.

Per garantire che il sistema RO sia efficiente, è una buona idea testare regolarmente che l'acqua prodotta rientri nei parametri specificati. Questo può essere fatto con alcuni kit o sensori.

Un misuratore di solidi totali disciolti (TDS) o un genericoil kit durezza (GH) analizzerà la qualità dell'acqua prodotta e ti dirà se il sistema funziona correttamente. I solidi disciolti in un sistema RO ben mantenuto dovrebbero essere di circa 10 ppm o meno e la durezza generale dell'acqua prodotta dovrebbe essere esattamente zero.

Acque reflue (uscita)

Questa è la seconda componente di output di un ROe contiene acqua con tutti i soluti separati che non volevi nel tuo acquario. La produzione tipica di acque reflue contiene livelli più elevati di nitrati, fosfati, metalli (come piombo, mercurio e rame), pesticidi e prodotti di degradazione dei pesticidi rispetto a quelli che si trovano nella normale acqua di rubinetto.

Le acque reflue possono essere utilizzate per piante da appartamento, per il tuogiardino, o la tua serra perché le piante rispondono bene ai nitrati e ai fosfati, che sono nutrienti per la crescita delle piante. Tuttavia, tieni presente che se hai una maggiore concentrazione di metalli pesanti nelle tue acque reflue, non vuoi usare quell'acqua sulle piante alimentari.

Cosa fa un sistema RO per il serbatoio

In breve, un buon sistema RO rimuove i solubilicomponenti dell'acqua di fonte che possono avere effetti dannosi su piante e organismi acquatici. In alcuni casi, la mancata rimozione di questi soluti può provocare avvelenamento dei tuoi animali e uccidere la vita nel tuo acquario.

I sistemi RO possono rimuovere efficacemente le quantità in eccessodi cloro, fluoruro, arsenico, benzene, calcio, magnesio, piombo, mercurio, rame, pesticidi e molti altri solidi organici. La rimozione di questi soluti è l'ideale per la salute di qualsiasi acquario, ma in realtà è una parte non negoziabile di qualsiasi acquario di acqua salata.

È vero che alcuni componenti rimossi lo sonobenefico per le piante acquatiche (cioè nitrati e fosfati), ma questi componenti nutritivi sono spesso reintegrati nell'acqua della vasca dagli animali nella vasca (pesci, crostacei, lumache, ecc.).

Esaminiamo tutti i cambiamenti chimici che un sistema RO impone sull'acqua trattata e cosa fa la rimozione di questi soluti per il tuo acquario.

Durezza dell'acqua

I sistemi RO riducono la durezza dell'acqua rimuovendo l'altalivelli di calcio e magnesio dalla normale acqua di fonte. Questi elementi possono reagire con molti sistemi biologici e anche con materiali inerti, lasciando incrostazioni che ciclicamente continuano a sciogliere di nuovo calcio e magnesio nell'acqua della vasca.

Il mancato controllo per la durezza dell'acqua può farebilanciare il pH nella tua vasca è una specie di incubo. Ogni volta che si regola il pH, ciò causerà un maggiore accumulo di calcio e magnesio sui depositi esistenti o aumenterà la liberazione di ioni di calcio e magnesio da quei depositi.

Il risultato è che sarai continuamenteinseguendo la coda cercando di raggiungere il setpoint desiderato per il pH della vasca. Al di là di questo problema, alcune specie di pesci sono più sensibili a livelli elevati di calcio e magnesio che sono altre specie.

Pesci tropicali della foresta pluviale amazzonica, talicome pesci angelo e Discus, non sopravvivono bene né si riproducono in acque dure. Al contrario, ci sono molte specie resistenti all'acqua dura come guppy, spade, arcieri e altre specie di acqua dolce.

Questo è solo un breve esempio e dovresti farloi tuoi compiti o consulta uno specialista di acquariofilia se hai bisogno di conoscere le specifiche sui requisiti ambientali di un organismo che intendi mettere nella tua vasca. Per riassumere, il controllo della durezza dell'acqua ti offre una gamma più ampia di organismi che puoi ospitare nel tuo acquario.

Nitrati

Nitrati (NO3-), e anche nitriti (NO2-), sono molecole di azoto-ossigeno che possono esistereindipendentemente come ioni o sono attaccati a molecole più grandi come gruppi funzionali. Sono i prodotti dei sistemi biologici animali, sebbene possano anche essere formati nell'aria attraverso le energie del plasma prodotte dai fulmini durante i temporali.

Negli animali, questi composti azotati sono iprodotti di reazioni di deaminazione che sono fasi del metabolismo degli amminoacidi derivati ​​dal consumo di proteine. Le reazioni di transaminazione che avvengono producono chetoacidi, che possono entrare nel ciclo di Kreb e fornire energia alle cellule.

I sottoprodotti azotati di questo processo sono rifiutiprodotti e vengono eliminati. A seconda dell'animale e delle sue sfide con l'acqua, i composti azotati vengono trasformati in ammoniaca, urina o acido urico e vengono rilasciati attraverso la minzione (minzione) e la defecazione. Nell'ambiente, i batteri nitrificanti scompongono questi prodotti di scarto in nitrati e nitriti, che vengono solitamente consumati dalle piante come nutrienti.

Nell'acqua di fonte, come l'acqua del rubinetto, la presenzadi queste sostanze chimiche è solitamente di origine antropica ed è il risultato dell'uso eccessivo di fertilizzanti e del deflusso agricolo verso fonti di acqua dolce come ruscelli, fiumi e laghi. Per quanto riguarda i loro effetti sui sistemi dell'acquario, se non controllati, gli acquari d'acqua dolce tollerano in qualche modo livelli moderati di nitrati (limite superiore di 40 ppm), mentre gli acquari marini sono decisamente non tolleranti (limite superiore di 0,25 ppm).

Dal momento che i nitrati si accumulano nel tuo serbatoioattraverso la scomposizione delle urine e delle feci dei pesci e deve essere filtrato dall'acqua della vasca, iniziare con bassi livelli di nitrati nell'acqua di fonte filtrata ti offre una certa libertà nel mantenere la chimica dell'acquario. Oltre a un sistema RO e alla pulizia regolare del serbatoio, posizionare determinate piante o materiali nell'ambiente del serbatoio può aiutarti a controllare i livelli di nitrati.

Sabbia viva e roccia viva, che contengono nitrificantebatteri, ridurrà i livelli di nitrati nel serbatoio. Le piante di mangrovie sono anche abbastanza abili nell'assumere e utilizzare i nitrati come nutrienti per la crescita, creando così un ciclo dell'ecosistema nella vasca.

Fosfati

Alti livelli di fosfati, che sono una piantanutriente, può causare fioriture algali nelle vasche. Alla fine, una fioritura algale ridurrà la tensione di ossigeno nell'acqua della vasca attraverso la competizione e inizierà a uccidere la vita nella vasca.

Per gli acquari di acqua salata, i livelli di fosfato devono essere mantenuti al di sotto di 0,2 ppm o le alghe distruggeranno i tuoi coralli e soffoceranno i tuoi pesci e molluschi.

Silicati

I silicati possono essere trovati nelle acque sotterranee e, anchese filtrate dall'acqua di sorgente, vengono sciolte anche dai substrati sabbiosi nella vostra vasca. Questi possono essere fonti di deposizione delle uova per la crescita di alghe e spesso provocano fioriture di alghe da alghe di ghiaia (un tipo di alghe brune).

Inoltre, i silicati possono guidare ilproliferazione di diatomee (alcune delle quali sono alghe), che pascoleranno sui coralli. Un sistema RO riduce le pressioni complessive di accumulo di silicato sul serbatoio dell'acquario.