15 Май

Волшебные 2537 ангстрем

Рис. 1

В. Милославский
Журнал «Аквариум» №3, 1999 г.

      В советской аквариумистике обработка воды ультрафиолетом еще менее распространена, чем озонирование. Ведь генератор озона собрать самостоятельно можно, а вот источник ультрафиолетового излучения — нет; фабричный же в те времена было днем с огнем не сыскать. С проникновением импортного оборудования на российский зоорынок ситуация потихоньку начала меняться.

      УФ-стерилизаторы не дешевы, но назвать цену в $100-200 запредельной тоже нельзя. Так что широкому распространению этих устройств препятствует скорее не дороговизна, а отсутствие у российских аквариумистов соответствующих традиций. Опыт же наших зарубежных коллег, которые не один десяток лет используют в своей практике УФ-стерилизаторы, подтверждает, что эти устройства как минимум небесполезны.

      Специфичность воздействия на живые объекты лучей с различной длиной волны была открыта еще в конце XIX века. В частности, в 1877 г. английские исследователи Доунс и Блаунт установили, что солнечный свет тормозит развитие микроорганизмов. Позже выяснилось, что причиной тому — невидимые лучи с длиной волны 220-280 нм, которые смертоносны для микроорганизмов (и не только для них). Свет соседних участков спектра хоть и вреден для протистов, но дезинфицирующий эффект его на один-два порядка ниже. Пик же бактерицидной активности приходится на излучение с длиной волны 253,7 нм, или 2537 ангстрем.

      Ультрафиолетовые лучи при грамотном применении почти со 100-процентной гарантией очищают воду от бактерий, вирусов, спор, водорослей и т.д. Для каждого организма есть свой порог облучения, превышение которого вызывает гибель. В международной практике интенсивность УФ-излучения принято выражать в Вт o сек/см2 (или микроВт*сек/см2, что в миллион раз меньше). Эта размерность связывает мощность лампы (в ваттах или микроваттах), площадь ее поверхности и продолжительность воздействия ультрафиолета на организм. Как правило, чем крупнее организм, тем устойчивее он к воздействию УФ-лучей. Для «убийства» вирусов вполне достаточно 5000-10000 микроВт*сек/см2. Большинство бактерий и водорослей погибает при УФ-интенсивности 15000-25000 микроВт*сек/см2. Доза в 20000-35000 микроВт*сек/см2 смертельна для большинства грибков и их спор, в том числе и сапролегнии. Освободить воду от одноклеточных микроорганизмов можно при 30000-45000 микроВт*сек/см2. А вот для уничтожения яиц нематод или свободноживущих взрослых форм некоторых рыбьих паразитов потребуется 100000-170000 микроВт*сек/см2. Но даже этой дозировки недостаточно для гибели некоторых инфузорий. Например, парамеции погибают лишь при 200000 микроВт*сек/см2, а для хилодонеллы летальная доза ультрафиолета должна быть еще в 3-5 раз больше. В то же время для уничтожения ихтиофтириуса, который тоже относится к инфузориям, вполне достаточно 10000-30000 микроВт*сек/см2.

      Обычно при расчете конструкций стерилизаторов и определении скорости протекания через них воды за рабочую дозу принимается величина в 50000 микроВт*сек/см2 как вполне удовлетворяющая основным задачам стерилизации воды в аквариуме. Ультрафиолетовые лучи обладают слабой проникающей способностью: белая бумага, хромированные пластины, полированный алюминий отражают большую долю ультрафиолета; пыль, водяные пары без труда поглощают УФ-лучи. Силикатное стекло вообще является для ультрафиолета непреодолимой преградой. В воду же они могут проникнуть лишь на 10-12 см, да и то при условии, что жидкость кристально чиста. В аквариумистике такое — чрезвычайная редкость, и реальные цифры обычно в 2-3 раза ниже, поэтому вся сила ультрафиолета может быть направлена лишь на свободноживущие организмы (и вредные, и полезные), которые вместе с током воды оказываются в непосредственной близости от колбы бактерицидной лампы. Зато ультрафиолет, в отличие от озона, не представляет никакой угрозы для рыб, растений и других организмов, способных избежать непосредственного контакта с лучами, в том числе и для колоний нитрифицирующих бактерий, поселившихся в грунте или субстрате фильтра.

      Источником УФ-излучения в основном служат бактерицидные лампы, наполненные парами ртути низкого давления. До 80% светового потока этих ламп приходится на лучи с длиной волны 253,7 нм и лишь 2% — на излучение в видимой части спектра (остальное уходит на тепло). Внешне такая лампа похожа на люминесцентную, но ее колба изготовлена из увиолевого (прозрачного для ультрафиолетового излучения) стекла и лишена люминофорного покрытия.

      В продаже встречаются бактерицидные лампы с парами ртути высокого давления, но они в аквариумистике используются редко, поскольку при работе излучают больше тепла и заметно влияют на температурный режим аквариума.

      Эритемные лампы тоже излучают ультрафиолет, но спектр их не столь узкий и большую часть энергии они расходуют на излучение в области 280-320 нм. Еще менее эффективны люминесцентные ультрафиолетовые лампы.

Рис. 1

Рис. 1

      Многие самодельные стерилизаторы представляют собой УФ-излучатель с защитным экраном-отражателем, закрепленным над мелким (как правило, открытым) водопропускным лотком, ширина которого чуть больше диаметра колбы лампы. Сейчас подобную конструкцию (рис.1) уже вряд ли встретишь. Ее низкая эффективность обусловлена разной удаленностью от колбы лампы точек поверхности воды в центре и у бортиков лотка (интенсивность УФ-радиации убывает с квадратичной зависимостью по мере увеличения расстояния от колбы), наличием воздушной прослойки, поглощающей более или менее значительную часть УФ-лучей, невозможностью создать интенсивное течение из-за риска перелива воды и прочими факторами, затрудняющими управление стерилизатором. Из преимуществ же стоит отметить лишь относительную свободу выбора используемых при конструировании материалов да отсутствие необходимости в надежной гидроизоляции бактерицидной лампы, поскольку в непосредственный контакт с водой вступает лишь лоток (хотя некоторые антикоррозионные меры все же принять стоит, учитывая высокую влажность воздуха, в которой предстоит работать стерилизатору).

      Подавляющее большинство современных моделей имеют принципиально иную — закрытую схему. Здесь бактерицидная лампа загерметизирована в особом баллоне, выполненном из инертных к воде и непрозрачных для ультрафиолетовых лучей материалов. Диаметр баллона таков, что между его стенками и поверхностью колбы лампы образуется некоторое свободное пространство — рабочая камера. Через входное отверстие сюда насосом закачивается вода, которая выходит через слив в противоположном конце баллона. Таким образом, вода омывает колбу бактерицидной лампы по всей длине и подвергается максимально эффективной ультрафиолетовой «бомбардировке».

      В моделях относительно высокой мощности (от 30 Вт и выше) с целью сокращения линейных размеров стерилизатора в баллон заключена не одна, а две лампы, расположенные бок о бок. Скажем, стерилизатор Q30IL фирмы Aquanetic с 30-ваттной лампой имеет почти метровую длину, а, модель Q30ILD той же суммарной мощности, но составленная из двух 15-ваттных — в два раза короче. Правда, за эту компактность вам придется переплатить: две лампы мощностью 15 Вт стоят на 30-40% дороже, чем одна 30-ваттная.

      Иногда рабочая камера стерилизатора отделена от колбы лампы (или ламп) дополнительным промежуточным цилиндром. Он выполнен из квapцевого стекла и служит Для образования вокруг лампы термоизоляционной воздушной прослойки, необходимой при пропускании через камеру воды, температура которой не превышает 10-15°С. Дело в том, что бактерицидные лампы работают с максимальной отдачей при температуре окружающей среды около 38-40°С, а при обслуживании холодноводных аквариумов температура на поверхности колбы становится слишком низкой, чтобы обеспечить эффективную работу устройства. Наличие кварцевого термоизолятора лишь на 10-15% удорожает стерилизатор, зато делает его универсальным инструментом, который можно использовать как в тепловодной, так и в холодноводной аквариумистике.

      С другой стороны, если вы уверены в том, что в сферу ваших интересов входят исключительно тропические аквариумы с теплолюбивым населением, приобретать стерилизатор с кварцевым теплоизолятором не советую хотя бы потому, что излучение таких устройств на 20-25% слабее (за счет дополнительных потерь ультрафиолета в кварцевом кожухе), да и срок службы ламп ниже из-за усиленного нагрева колбы.

      Закрытые стерилизаторы обрели большую популярность благодаря компактности, безопасности и удобству в эксплуатации. Регулируя интенсивность подачи воды в камеру стерилизатора, вы по своему желанию изменяете продолжительность воздействия ультрафиолетовой радиации на патогенные организмы.

      Производители ультрафиолетовых стерилизаторов — (Aquafine, Rainbow Lifegard, Aquanetics Systems, hW и пр.) выпускают широкую гамму изделий: 4-6-ваттные компактные УФ-стерилизаторы используют для дезинфекции относительно небольших объемов воды; громоздкие, но мощные (до киловатта и выше) нужны при обслуживании многотонных резервуаров.

      В любительской аквариумистике наибольшее признание получили стерилизаторы мощностью 25-30 Вт. Эти универсальные устройства в равной степени подходят как. для, достаточно вместительных общих аквариумов, так и для небольших специализированных емкостей наподобие нерестовиков.

      Поскольку передозировка ультрафиолета не представляет угрозы для здоровья и, тем более, жизни рыб или высших водных растений, при покупке аквариумного стерилизатора в расчет стоит принимать не столько мощность устройства, сколько его габариты и особенности конструкции (имея в виду последующее размещение, удобство обслуживания и пр.), а также цену. Что же касается качества изделий различных фирм, то практически вся продукция этого класса отвечает требованиям, предъявляемым к аквариумному оборудованию, — «левый» товар среди ультрафиолетовых стерилизаторов встретить трудно. Поэтому принципиальные различия между, скажем, Rainbow и Aquanetics лежат скорее в области дизайнерских решений. К тому же, откровенно говоря, в отечественной зооторговле выбор УФ-стерилизаторов пока еще очень скуден, и российский покупатель выбирает обычно не столько «фирму», сколько мощность ее стерилизатора.

      В принципе, для стерилизации воды в 100-200-литровом пресноводном аквариуме вполне достаточно и 6-8-ваттного ультрафиолетового стерилизатора, но, если средства позволяют, лучше все же оснастить свою аквасистему устройством мощностью 15-25 Вт, тем более, что разница в цене между ними не столь уж и велика. Например, 8-ваттный стерилизатор с кварцевым кожухом фирмы Aquanetics стоит около $75, а его 15-ваттный «собрат» — порядка $100. Для морского аквариума мощность стерилизатора должна быть в 3-4 раза выше, чем для пресноводного аналогичного объема. Если в магазине нет стерилизатора подходящей мощности, можно собрать последовательную цепь и из нескольких маломощных устройств (выход одного стерилизатора подсоединяют шлангом ко входу следующего), но этот вариант, как вы понимаете, гораздо дороже.

      УФ-стерилизатор обычно устанавливают после фильтра (им может быть как примитивный «стаканчик», так и высокоэффективная «канистра»). Выгода подобной схемы очевидна: во-первых, насос фильтра подает воду и в рабочую камеру стерилизатора, так что отпадает необходимость в приобретении специального насоса; во-вторых, ультрафиолетовому воздействию подвергается уже очищенная от механической взвеси (а в идеале — и от растворенной органики) вода. В принципе, воду в стерилизатор можно подавать и непосредственно из аквариума, но при этом надо помнить, что чем больше в воде примесей, тем ниже эффективность стерилизации.

      При установке УФ-стерилизатора следует выполнять имеющиеся в инструкции рекомендации по расположению ламп. Практически все вертикальные установки могут работать только в таком положении. В то же время некоторые горизонтальные стерилизаторьгмогут функционировать и в вертикальном положении.

      Покупая стерилизатор, убедитесь, что размеры его входного и выходного отверстий соответствуют диаметру используемых вами шлангов; если это не так, стоит подумать о приобретении переходников (у некоторых моделей стерилизаторов они есть в комплекте).

      Управление дозировками ультрафиолета осуществляется за счет изменения скорости протекания воды через рабочую камеру стерилизатора. Вот, например, какой режим рекомендует фирма Aquanetics для своих стерилизаторов (см. табл.).

Модель
Мощность (Вт)
Максимальный поток воды (л/ч) через стерилизатор для уничтожения:
вирусов и бактерий
водорослей
простейших
Q4IL 4 300 225 100
Q8IL 8 900 675 300
Q15IL 15 1800 1350 600
Q25IL 25 2800 2100 935
Q30IL 30 3700 2800 1235
Q50ILD 50 (2*25) 5610 4200 1400

      Превышение объемов воды, протекающей через рабочую камеру, нежелательно, поскольку неизбежно ведет к уменьшению дозировки и возрастанию риска «проскока» микроорганизмов через ультрафиолетовую «ловушку». Правда, стоит отметить, что эффективность при этом снижается ненамного. Например, по утверждениям экспертов Rainbow Lifegard, если интенсивность подачи воды в стерилизатор QL-40 будет на 25% превышать рекомендуемый максимум (он составляет для, этой модели 5600 л/ч), то эффективность стерилизации снизится всего на 2,33%.

      Снижение скорости подачи воды отрицательных последствий не имеет, но желательно все же, чтобы через стерилизатор проходило не менее 2-4 объемов аквариума за сутки.

      Оптимальная скорость потока воды через стерилизатор индивидуальна для каждой модели стерилизатора и каждого типа бактерицидных ламп. Ссылки на режим водопропускания обязательно должны быть приведены в инструкции по эксплуатации или (что еще удобнее) на корпусе самого устройства.

Рис. 2

Рис. 2

      Если вы используете водяной насос с нерегулируемой производительностью, в отрезок шланга между ним (или сливным шлангом фильтра) и стерилизатором должен быть установлен специальный вентиль (например, от внешних фильтров-канистр Fluval, Eheim и др.), который позволит регулировать скорость протока воды, а следовательно, и продолжительность контакта воды с ультрафиолетовыми лучами. Еще лучше, если стерилизатор будет включен в отдельную цепь (рис.2). Тогда через основной рукав системы вода из фильтра будет поступать в аквариум, а через отвод — в стерилизатор. Преимущество подобной, на первый взгляд, более сложной схемы, состоит в обеспечении работы фильтрующей и стерилизационной систем независимо друг от друга.

      Обычно УФ-стерилизаторы работают круглосуточно. Отключать их имеет смысл только в редких случаях — например, в первые дни после запуска аквариума (патогенных микроорганизмов в нем, скорее всего, еще нет, а полезным бактериям, участвующим в азотном цикле, надо дать время закрепиться и сформировать мощные колонии на субстрате фильтра и в грунте). Кроме того, стерилизаторы не должны работать в период применения тех или иных фармацевтических средств, эффективность которых может быть снижена под действием ультрафиолетового излучения. Особо внимательным надо быть при использовании лекарств, содержащих хелаты меди ультрафиолетовые лучи, разрывая химические связи безопасного прежде медикаментозного препарата, способны спровоцировать резкое накопление в воде аквариума несвязанных ионов меди, что может привести к самым печальным последствиям для его обитателей. Естественно, имеет смысл отключать УФ-стерилизатор и в тех ситуациях, когда микроорганизмы являются не незваными гостями, а кормовой базой — например, при выкармливании мальков.

      Уход за стерилизатором сводится, в основном, к двум мероприятиям. Первое — периодическая, минимум раз в полгода, очистка лампы (а если есть — то и кварцевого термозащитного цилиндра) от бактериального налета, который в значительной степени снижает эффективность ультрафиолетового излучения. Для протирки используют мягкую ткань типа фланели. Как правило, налёт легко отделяется от поверхности, если же этого не происходит, можно смочить ткань спиртом. Разборку и сборку стерилизатора надо проводить очень аккуратно, особое внимание уделяя правильности установки уплотнителей, обеспечивающих гидроизоляцию ламп.

      Второе — замена ламп по мере выработки ими рабочего ресурса. Маломощные лампы (4-8-ваттные) меняют обычно через 4-5 месяцев работы, 15-30-ваттные — раз в полгода, 60-80-ваттные — ежегодно.

      В принципе, фактический рабочий ресурс бактерицидных ламп зачастую несколько выше указанных сроков и может достигать 10-12 тысяч часов непрерывной работы, но в процессе эксплуатации излучающая способность их значительно снижается (для УФ-ламп мощностью от 4 до 8 Вт — вдвое-втрое после 2000-3000 часов работы), так что пренебрегать сменой, ориентируясь на яркость свечения лампы, не стоит. Если же нет возможности своевременно заменить отработавшую свое лампу на новую, следует хотя бы в те же 2-3 раза уменьшить скорость протекания воды через стерилизатор со стареньким излучателем.

      В заключение хочу напомнить, что использование ультрафиолетовых стерилизаторов ни в коем случае не должно подменять стандартных гигиенических мероприятий в аквариуме, применения медикаментозных средств. УФ-лучи не помогут избежать загрязнения воды, а также вылечить заболевшую рыбу, зато они воспрепятствуют активному размножению микроорганизмов и переносу инфекции с пораженной рыбы на здоровую или в другой аквариум.

      Что же касается техники безопасности, то требования эти традиционны для аквариумного оборудования и заключаются в надежной гидроизоляции токонесущих элементов (желательно, чтобы стерилизатор был снабжен ещё, и заземляющим проводом). Полезно также добавить, что ультрафиолетовые лучи небезвредны для органов зрения, поэтому при сборке самодельных УФ-стерилизаторов нужно следить за тем, чтобы ни прямой, ни отраженный ультрафиолет не попадал в глаза, равно как и не стоит любоваться светом бактерицидной лампы, извлеченной из защитного кожуха фабричного стерилизатора.