Uvod
Oko korištenja aktivnog ugljena se vode razne polemike te ima dosta krivih informacija. Velika većina krivih informacija, ne samo vezanih za upotrebu aktivnog ugljena, dolazi iz starih članaka i knjiga o akvaristici te laika. Velika količina informacija o akvaristici, pogotovo o morskoj akvaristici kao što je navedeno dolazi iz zastarijelih izvora. Ti podaci nikada nisu ni bili točni ali se iz nekog čudnog razloga non stop ponavljaju i šire dalje na akvarističkoj sceni. I dan danas možete pročitati ili čuti kako su morski akvariji komplicirani, što naravno nije točno, istina je da su jednostavniji ili isto komplicirani kao i slatkovodni akvariji, također možete pročitati i da se preporuča salinitet 1.022 i dalje u istom tekstu možete pročitati da morski akvarij treba imitirati prirodu. Što je velika kontradikcija jer je salinitet tropskog oceana 1025-1026 u prosijeku. Kao što autori prvobitnih informacija nisu provijerili (vrlo zapanjujuće) koji je pravi salinitet tropskog oceana tako isto nisu ni provijerili podatke o upotrebi aktivnog ugljena u akvaristici.
EleganceReef je uvijek preporučao pravilnu upotrebu aktivnog ugljena (1998), čak štoviše smatramo da je aktivni ugljen jedan od najvažnijih komponenti kvalitetne filtracije akvarija. Vrlo često možete čuti savijet vezan za morsku akvaristiku : koristite najači skimmer koji možete priuštiti te par redaka dalje : aktivni ugljen nemojte koristiti jer je štetan za koralje. Još jedna vrlo velika i zapanjujuća kontradikcija. Naime protein skimmer odstranjuje iste štetne elemente kao i aktivni ugljen uz bitnu razliku da protein skimmer može odstraniti samo štetne čestice koje se vežu za mijehurić zraka u procesu skiminga (više informacija o funkcioniranju Protein Skimmera možete pročitati tu: LINK ). Međutim postoje štetne tvari koje se jednostavno ne mogu vezati za zračne mjehuriće zbog drugačijih fizičkih svojstava tih štetnih elemenata (ne sadrže hidrofiličnu glavu te hidrofobični rep) te se ne mogu odstraniti upotrebom protein skimmera. Aktivni ugljen za razliku od protein skimmera odstranjuje sve štetne elemente. Zbog toga se i preporuča upotreba aktivnog ugljena nakon korištenja lijekova i/ili raznih kemikalija, u slučajevima kada se sumnja na aleopatiju (otpuštanje otrova iz koralja radi uništavanja susijednog koralja druge vrste), pri žutilu vode... itd.
Mora i oceani te rijeke i jezera održavaju perfektni balans hranjivih materijala i otpada pomoću nekoliko reciklirajućih serija. Akvariji nemaju te prirodne reciklirajuće procese i zavise od umijetne soli, rasvijete, filtracije, hrane te imaju ekstremno veliki omijer živih organizama na volumen vode/mora. U takvim uvijetima se akumulira velika količina organskog otpada koja je otporna na biološku degradaciju. Alge, mikro i makro alge, otpuštaju velike količine fenola i karbohidrata pogotovo pri većim temperaturama. Većina metaboličkih sastojaka koji se akumuliraju u akvariju je nepoznata međutim zna se da se akumuliraju : organske kiseline, fenoli, proteini, karbohidrati, hormoni i antibiotici. Neki od tih otpada su direktno otrovni za morske organizme dok neki stimuliraju razvoj heterotropnih bakterija te povećavaju potrebu za kisikom u akvariju, stvaraju CO2, spuštaju pH i redox potencijal. Akvariji u kojima se nagomilavaju te otrovne supstance imaju problema sa zdravljem i razvojem riba te loš rast i razvoj beskralježnjaka, neki stručnjaci vjeruju da postoji čvsta povezanost velike koncetracije organskog otpada sa velikim brojem bolesti u akvariju. Smanjivanjem koncetracije organskog otpada u akvariju vodi do poboljšane kvalitete vode te zdravim organizmima unutar samog akvarija. Osim direktne opasnosti po zdravlje organizama unutar akvarija, štetne organske supstance zamućuju vodu te joj daju žućkastu boju, ta zamućenost sprečava kvalitetno osvijetljavanje akvarija blokirajući transmisiju svijetlosti, pogotovo plavog actinic spektra (420 nm). Upotreba aktivnog ugljena je jedna od najefikasnijih i najednostavnijih metoda za odstranjivanje organskih supstanci iz akvarija.
Što je aktivni ugljen?
Prije svega treba napomenuti da je upotreba aktivnog ugljena vrlo raširena u našem svakodnevnom životu a ne samo u akvaristici. Voda koju pijemo je filtrirana aktivnim ugljenom, točionice i proizvođači napitaka koriste aktivni ugljen u proizvodnji napitaka, bijeli šećer je proizveden upotrebom aktivnog ugljena, kozmetika i lijekovi se proizvode upotrebom aktivnog ugljena... Izraz Aktivni ugljen pokriva cijeli spektar raznih materijala napravljenim od ugljena koji imaju svojstvo da privuču i zadrže određene supstance na svojoj površini, to svojstvo se zove Adsorpcija/Absorpcija, adsorpcijski/absorpcijski proces je ono što mi podrazumijevamo pod pojmom Kemijska Filtracija. Kemijska filtracija u akvarijskom smislu znači da se određene rastopljene supstance odstranjuju iz vode. Naglasak je na riječi "odstranjuju", za razliku od mehaničke filtracije koja filtrira vodu sakupljajući čestice na svojoj površini i stvarajući vizuelno čistu vodu unutar akvarija ,međutim te čestice su i dalje u vodi, samo ne u akvariju nego na mehaničkim filterima te imaju i dalje efekta na kvalitetu vode, kemijska filtracija odstranjuje supstance iz vode i samim time te supstance više nemaju nikakvog efekta na kvalitetu vode.
Materijali koji se najčešće koristi za izradu ugljena su: ugljen,životinjske kosti, treset, lignit, drvo, razne ljuske(kokosove,orahove...)...Taj materijal se karbonizira izlaganjem vrlo visokoj temperaturi koja stvara sitne pore unutar materijala. Ugljenizirani produkt se zatim aktivira izlaganjem vrlo toplom mlazu plina ( od 200 - 1600 Celzijus stupnjeva) uz reguliranje nivoa kisika i karbon dioksida. Taj završni proces aktivacije stvara brzu unutarnju mrežu pora i mijenja kemijsku strukturu površine pora dajući mu unikatnu sposobnost filtriranja. Vrsta sirovog materijala te način na koji je obrađen karakterizira kvalitetu aktivnog ugljena i njegovu cijenu. Postoje deseci aktivnog ugljena od svake vrste materijala i vrlo mali dio je pogodan za akvarijsku upotrebu.Vrste ugljena koji se dobiju tim procesom su : aktivni ugljen u granulama (GAC granular activated carbon), aktivni ugljen u prahu (PAC powdered activated carbon) ili aktivni ugljen u listićima ( kompresirani PAC). Neke vrste ugljena se aktiviraju upotrebom ili ispiranjem sa fosfornom kiselinom, cinkovim kloridom i kalijum hidroksidom, te vrste ugljena su potpuno nepogodne za upotrebu u akvarijima i vrlo je mala šansa da ćete danas naći tu vrstu ugljena za akvarijsku upotrebu. Ipak, postoji mogućnost da problemi zbog upotrebe aktivnog ugljena dolaze baš od lošeg izbora ugljena tj zbog upotrebe aktivnog ugljena koji nije uopće pogodan za akvarije.
Uz to također ni vrste ugljena koje su pogodne za upotrebu u akvarijima opet nisu pogodne za upotrebu u svim situacijama. Zbog toga je skoro nemoguće klasificirati ugljen, izrazi kao što su : laboratorijski ugljen, vrlo kvalitetni ugljen, A klasa, premium klasa ... ne postoje u proizvodnji ugljena. Ti izrazi su stvoreni od strane akvarijske industrije da bi sugerirali kvalitetu ugljena jer je stručno objašnjenje vrlo često neshvatljivo običnim korisnicima. Zbog toga ćemo pokušati objasniti koje su to osobine ugljena na koje bi trebali obratiti pažnju kao pokazatelje kvalitete aktivnog ugljena te upotrebi u situaciji koja nam je potrebna.
Kako funkcionira aktivni ugljen?
Najveći dio aktivnog ugljena tvori zrak. Aktivni ugljen sadrži tisuće i tisuće sitnih rupa, pukotina, pora kroz koje voda može cirkulirati. Kada voda/more koje nosi sa sobom organski otpad uđe u te sitne prolaze dolazi do kratko dometnih privlačnih sila (elektrostatične Van der Walls sile ) između molekule otpada i samog aktivnog ugljena te se molekula otpada zaustavlja/zalijepi u ugljenu. Ta metoda se zove fizička adsorpcija. Osim adsorpcije aktivni ugljen odstranjuje otpad i absorpcijom. Absorpcija djeluje na način da se gas/materijal difuzijom uvodi u sitne pore aktivnog ugljena gdje se tada kemijskom reakcijom ili jednostavnim fizičkim zaustavljanjem neutraliziraju ti materijali. Za primjer, ozone O3 se absorbira u unutrašnjost aktivnog ugljena gdje oksidira dio površine aktivnog ugljena te se reducira na kisik O2 koji nije štetan za akvarije. Ozone se ne akumuluira ili taloži u strukturi aktivnog ugljena, Oba dva procesa (adsorpcija/absorpcija) uključuju prijenos otpada iz tekućeg oblika (voda/more) u čvrsti oblik (ugljen). Treći proces odstranjivanja otpada se zove kemijska sorpcija koja stvara nepovratnu kemijsku vezu između površine ugljena i otpada, otpad je čvrsto vezan za ugljen.
Koja vrsta aktivnog ugljena je najbolja za upotrebu u akvarijima? Efektivnost aktivnog ugljena za akvarije ovisi o par faktora, to su totalna površina ugljena, distribucija veličine pora, volumen pora te veličina ugljena.
Površina ugljena Vrste ugljena koji imaju veću totalnu površinu za koju se mogu zalijepiti veće količine otpada će naravno moći zadržati veće količine otpada. Intersantno najveća količina totalne površine ugljena se nalazi u njegovim porama a ne na samoj vanjskoj površini ugljena. Vanjska površina ima zanemarivu površinu ugljena i zato što nije porozna nema adsorpcijske funkcionalnosti. Drveni ugljen zbog toga služi samo kao mehanička filtracija uz vrlo malu zanemarivu mogućnost adsorpcije. Malo iznad njega je ugljen od životinjskih kostiju koji spada kao i drveni ugljen u površinske aktivne ugljene. Te vrste ugljena imaju aktivnu površinu koja prekriva neaktivnu unutrašnjost koja je uglavnom puna fosfata. Iznad tih vrsta ugljena su ugljeni koji nas interesiraju a zovu se totalno aktivni ugljeni. To su najporozniji aktivni ugljeni koji mogu biti porozni do čak 1000 kvadratnih metara po gramu ugljena. Količina kvadratne poroznosti po gramu ugljena je karakteristika po kojoj se mijeri kvaliteta aktivnog ugljena i kao takva se piše u njegovim specifikacijama. Za upotrebu u akvarijima veća totalna površina ne znači automatski da je taj tip ugljena najbolji, jer ekstremno velika poroznost implicira na postojanje vrlo sitnih (ekstremno sitnih) pora i kanalića koje su presitne da bi primile kontaminante koje želimo odstraniti iz akvarija. Mjera kojom se mijeri mikropoznost je IAN ili Iodine adsorption number. IAN broj od 1000 na gore označava vrlo mikroporosan ugljen. MN ili molasses number označava makroporoznost, MN broj od 400 na gore označava makroporozan aktivni ugljen. Aktivni ugljen za akvarijsku upotrebu bi trebao imati totalnu površinu od 500-900 kvadratnih metara po gramu proizvoda.
Distribucija veličine pora Veličina pora u aktivnom ugljenu je klasificirana pod : mikroporama, prijelaznim porama te makroporama (malim,srednjim,velikim porama). Male pore služe za adsorpciju malih molekula, srednje pore su odlične za odstranjivanje većih organskih molekula otpada tipičnih za akvarijski otpad, velike pore služe za što lakšu distribuciju tekućeg medija do unutrašnjih pora, sprečavaju štopanje ugljena te služe kao mehanička filtracija odstranjujući krupnije čestice i dajući akvariju kristalni izgled. Velika većina ugljena ima previše malih pora a premalo srednjih pora da bi bili efikasni za upotrebu u akvarijima, ugljen sa vrlo sitnim mikroskopskim porama se koristi za filtriranje zraka pošto su čestice prljavštine prisutne u zraku vrlo sitne, sa druge strane tipične molekule otpada u akvarijima su vrlo velike i teške te da bi se njih odstranilo treba koristiti aktivni ugljen sa većim porama. Pri upotrebi neadekvatnog ugljena događa se da se aktivni ugljen vrlo brzo zapuni sa velikim molekulama otpada u kratkom vremenskom roku dok je unutrašnjost ugljena praktički neiskorištena. Veličina pora se mijeri u Angstromima. Sitne pore veličine 15 Angstroma su premale za teške i velike organske molekule otpade. Makroporozni ugljen sa porama veličine 30 Angstroma se koristi za odstranjivanje akvarijskog organskog otpada. Materijal koji se koristio za dobijanje aktivnog ugljena diktira veličinu pora. Aktivni ugljen od kokosovih ljusaka ima vrlo sitne mikroskopske pore te se taj ugljen najviše koristi u odstranjivanju kloramina iz vode iz slavine. Aktivni ugljen dobijen od Lignita je makroporozan te su njegove pore odlične za odstranjivanje akvarijskog organskog otpada.
Volumen pora Kombinacija relativno visokog postotka srednjih i velikih pora plus velika totalna površina rezultira ugljenom koji ima veliki volumen pora (puno praznog prostora unutar čestica aktivnog ugljena) . Dobar broj volumena pora za akvarije bi bio : 1 do 1.5 mililitra po gramu (ili cc). Takav ugljen ujedno teži puno manje za svoju masu prema ostalim ugljenima napravljenim od istog sirovog materijala.
Veličina ugljena Što su manje čestice ugljena kraće će voda putovati do unutarnje površine ugljena. Pri izboru veličine čestica aktivnog ugljena koji želimo upotrijebiti u akvariju trebamo obratiti pažnju na filterski sistem gdje ga želimo upotrijebiti. Ako mislimo koristiti aktivni ugljen u brzim vanjskim filterima (kanister filteri,hang on...) tada bi preporučio upotrebu ugljena veće granulacije koji se teže zapuni na svojoj vanjskoj površini te omogućuje bolju disperziju vode između granulata. Sa druge strane ako aktivni ugljen mislimo koristiti u fluidizirajućim kemijskim reaktorima (optimalno riješenje) tada je bolje koristiti ugljen manje granulacije koji puno lakše fluidizira a ujedno ima i veću totalnu površinu). Specifikacija aktivnog ugljena tj veličine čestica pogodnim za akvarijsku upotrebu su čestice veličine : 1,4 do 4,75 mm.
Pepeo Pepeo je ostatak inorganskog materijala koji je nastao u procesu aktivacije ugljena. Kemijska struktura pepela zavisi o materijalu koji je korišten u stvaranju aktivnog ugljena, većinom se pepeo sastoji od željeza i kalcijum oksida. . Kvalitetni aktivni ugljeni se tokom procesa proizvodnje ispiru kiselinom da bi se odstranili neorganski ostaci.
Prednosti upotrebe aktivnog ugljena
Odstranjuje hidrogen sulfid i metan koji može nastati u akvariju ili njegovoj piješčanoj podlogi zbog loše cirkulacije. Odstranjuje klor, kloramine koji može ući u akvarij upotrebom vode iz slavine i nepravilno deklorirane. Odstranjuje organske kontaminante nastale biološkim procesima u akvariju koji su povezani sa lošim stanjem živih organizama, samim time poboljšava kvalitetu akvarija te zdravlja i razvoja tih istih organizama. Odstranjuje vanjske kontaminante koji mogu ući u akvarij ( dezodoransi, pesticidi, dim cigareta... ) Podiže redox vode Stvara kristalno čistu vodu koja omogućava bolju disperziju akvarijske rasvijete ( upotreba manje količine rasvijetnih tijela da bi se osvijetlio akvarij), pogotovo u morskim akvarijima gdje se koristi plava aktinik rasvijeta 420 nm Odstranjuje otrove koje otpuštaju živi organizmi i biljke/alge koji služe za uništavanje protivnika (aleopatija) Podiže koncetraciju kisika u akvariju smanjujući pritisak na biološku filtraciju odstranjivanjem organskog otpada Vrši kemijsku, mehaničku, biološku i denitrificirajuću filtraciju ( denitraciju samo u sporim fluidized filterima/reaktorima)
|