Metanol Denitratörü

(Diğer konumla ilgili olduğundan, yazımı AkvaryumPortalı'nda da yayınlamayı uygun buldum.)

Deniz Akvaryumlarında Metanol Denitratörü

(Bu yazının hazırlanmasında, reefcentral.com isimli akvaryum forumundaki “DIY Natureef Style Denitrator Build and Data thread...” başlıklı konudaki bilgiler temel alınmış ve bazı önemli kısımlar, başlığın sahibi ile yaptığım yazışmalardan gelen bilgiler de çevrilerek dahil edilmiştir)
Merhaba,

Öncelikle, denitratör konusu ile ilgili olarak, değerli bilgiler içeren şu makalenin incelenmesini öneririm.

Bildiğiniz üzere deniz akvaryumlarında nitratı azaltmanın tek yolu su değişimi yapmak değil. Öte yandan, su değişimi yoluyla nitrat düşürmek, rakam azalıp 15-20 ppm dolaylarına geldiğinde, biraz düşürmek için bile ciddi miktarda su değiştirmeyi getiriyor, maddi manevi külfet. Tabii burada normal koşullarda bir türlü düşmeyen, inatçı nitrattan bahsediyoruz, ki bunun derdini çeken arkadaşlar iyi bilirler.

Dediğim üzere, votka dozlamaktan biopellet kullanımına kadar birçok yol mevcut nitratınızı azaltmak için, ancak burada bahsetmek istediğim yöntem, az bilinen metodlar arasında. Özünde karbon dozlama yöntemlerinden biri de denebilir, ancak sistem kurulumu ve işleyişi itibariyle bazı farklılıkları var.

Bu sistemde karbon kaynağı olarak methanol tercih ediliyor, sebebi ise etil alkolden de basit bir kimyasal yapısı olması, dolayısıyla heterotrofik bakteriler için en kolay tüketilebilir formdaki karbon kaynağı durumunda. Bu da bakteri çoğalmasında anahtar bir faktör. Bu metod bir cihaz olarak da yakın geçmişte Amerikada satıştaymış (Natureef adıyla, ilgili arkadaşlar araştırabilirler).

Denitratör’e fiziksel olarak baktığımızda, akvaryumdan ayrı bir noktada duran (sumpta değil) bir konteyner, bir tank olarak düşünülebilir, esasen pleksi veya cam malzemeden, ancak kapaklı bir su kabı. Amacımız, suyun içinde bakterilerin bolca üremesine yardımcı olacak ortam oluşturmak. Kastedilen bakteri grubu denitrifikasyon yapan, yani sudaki nitratı kullanarak N2 (Azot) gazı formunda çıkıp gitmesini sağlayan, faydalı bakteriler.

Konteynerin hacmi olarak genelde akvaryum toplam su hacminin %10-15’i civarı öneriliyor ve yeterli geliyor. İçinde bakterilerin tutunabileceği yerler olarak yalnızca iç duvarlar olduğundan, yüzey alanını artırmak için eggcrate (petek menfez) denilen, kareli plastik malzeme kullanılıyor. Bu malzemenin oluşturduğu yüzey alanı ilk başta az gibi görünebilir, ancak burada suni olarak beslenen bakterilerden bahsedildiğini hatırlatalım, o kadar fazla çoğalıyorlar ki, menfezin deliklerini bile tıkayıp su sirkülasyonuna engel olacak duruma gelebiliyorlar ilerleyen aşamalarda. Menfezin yerleşiminde taban ve kenarlara yakın konumlandırılacak şekilde bir yerleşim öneriliyor, su yüzeyine yakın ve paralel şekilde yerleştirmiyoruz. Hazırlanan konteyner içerisine menfez (veya benzer özelliklerde başka bir yapı) sabitlendikten sonra, denitrator tankının büyüklüğüne uygun güçte bir dalga motoru (veya minik akvaryum filtre motoru) da konularak, suyun sürekli olarak karışması sağlanıyor. Bu iki işe yarıyor, suyun farklı köşelerindeki nitratın, bakteri grubuyla buluşması ve eklenen methanol’ün de heryere eşit yayılması. Burdaki anahtar nokta, su karıştırılırken yüzeyin kesinlikle dalgalanmaması. Çünkü denitrifikasyon süreci oksijensiz (anaerobik) koşullarda gerçekleşiyor ve yüzeyin dalgalanması suya oksijen girişini sağlıyor. Neden konteynerde bir de kapak gerektiği konusu da tamamen bu durumla ilişkili. Kapak kapanmadan sistem işlemiyor çünkü (tecrübe ile sabit).

Denitrator konteynerini yukardaki şekilde hazırladıktan sonra yapmamız gereken nitratlı akvaryum suyunu bu tanka transfer etmek. Ardından methanol’ü ekleyip suyu karıştıran motoru çalıştırıyor ve kapağı kapatıyoruz. Denitratör’ün her ne kadar kapağı olsa da, hava sızdırmaz şekilde bir kapak olmaması gerekiyor. Aksi taktirde açığa çıkan azot gazının uçup gitmesini sağlamamız mümkün olmaz.

Süreç başladıktan sonra neler olduğuna bakacak olursak, anaerobik koşullarda metanol katkısıyla gerçekleşen reaksiyon (çok kabaca) şu şekilde:

5 CH3OH + 6 NO3- ----> 3 N2(azot gazı) + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH-

Detaylarını kimyacılara bırakıp uygulamada ne kadar metanol kullanmamız gerektiğini nasıl hesaplayacağımıza bakalım.

Pratikte oran 3:1 şeklinde. Yani, 3 birim metanol ile 1 birim nitratı yok edebiliyoruz, tabi bu, popülasyon oturup sistem tam olarak işlemeye başladığında geçerli. Nasıl hesaplandığını bir örnekte görelim.

Suda 25 ppm nitratımız olsun (25 mg/L demektir). Denitratör su hacmimiz de 50 L olsun.

50 L x 25 mg/L Nitrat = 1250 mg Nitrat (=1.25 gram)

3:1 oranından; 3 x 1.25 = 3.75 gram methanol

Gramı mililitreye çevirelim;

3.75 gram / 0.81 (Methanol’ün spesifik gravitesi) = 4.6 ml methanol (%100 saflıkta)

Demekki bu hacimdeki 25 nitratı sıfırlamak için 4.6 ml (saf) methanol yeterli.

Peki hayat bu kadar kolay mı? Maalesef hayır!

İlk önce bakteri popülasyonunun iyice yerleşmesi gerekli, karşılaşan arkadaşlarımız vardır, bakteri aşırı çoğaldığında beyaz, ipliksi, sümüksü yapılar görülür. Bunlar bakteri kolonileridir. Akvaryum suyuna atılan plastik vb malzemenin üzerini kaygan bir tabaka şeklinde kaplayanlar da yine bakterilerdir. Ancak denitratör tankının “başlangıçta” bakteriye doyması için, yukarda hesaplanan dozun 2-3 katına kadar çıkmak (bazen daha fazla) gerekebiliyor. Bakteri popülasyonu çoğaldıkça herbir bakteri başına düşen oksijen miktarı da giderek daha hızlı azaldığından önce yavaş, sonra giderek hızlanan bir eğri izliyor. Metanolün zehirli olduğu ve suda az bakteri varken tümünü birden vermenin toksik etki yapabileceğini de hatırda tutmakta fayda var.

Bu şekilde kurulmuş bir denitratörde nitratın sıfırlanması 15-20 gün, bazen bir ay civarı alabiliyor. Ardından Nitrattan arınmış suyu akvaryumunuza geri ekliyorsunuz.

Evet, duyar gibiyim, peki ne anladık o zaman biz bu işten? Her seferinde 15-20 gün bekleyecek miyiz? Epi topu 40-50 litre temiz su elde etmek için?

Burdan, sistemin nasıl sürekli olarak çalıştırılabildiğine geliyoruz. Yukarda bahsettiğim üzere ilk kez kurulduğunda 15-20 gün sürüyor, ancak nitrattan arındığında konteyneri boşaltmıyoruz. Denitratör tankımıza sumptan su çekmesi için ve sumpa su gönderebilmesi (iniş) için borulama yapmamız gerekli. Denitratöre bir kafa motoru yardımıyla bir köşesinden su basılıyor ve iniş boru ağzı ise tankın yan yüzeyinde ancak tepeye yakın bir yerde konumlanmış durumda, tercihan uzak köşede.

Nitrat sıfırlandıktan sonra kafa motorumuzu çalıştırıyoruz ve denitratör tankına bir köşesinden nitratlı tank suyu basılıyor, denitratör tankı dolmaya başladığında ise, diğer köşedeki üste yakın açılmış olan gider (iniş) deliğinden, cazibe ile fazla suyu sumpa geri gönderiyoruz. Böylece nitrattan arınmış su tanka giderken yeni ve nitratlı su aynı anda gelmiş oluyor. İkisi birbirine karışmıyor mu, evet karışıyor ve bu durum, 20 gün bekledikten sonra rahatsız edici aslında...? Bekleyelim görelim.

Önerilen, kafa motorunun denitratörü doldurma süresinin hesaplanıp, devirdaim süresinin bu sürenin 3 katı olarak uygulanması, yani denitratör tankınız 5 dk da doluyorsa, siz 15 dk sirküle edip, sonra kesmelisiniz.

Sirkülasyon tamamlandıktan hemen sonra, hesapladığımız orandaki metanolü de denitratöre ekliyoruz, bunun için su filtrasyon cihazlarındaki ince sert tip borular kullanılabilir, bir dozaj pompası eşliğinde. (ekipmanın zarar görmemesi ve buharlaşma ile kayıp olmaması için methanol’ü suyla seyreltmekte fayda var, önerilen %50’lik kullanmak, ona göre miktar ayarlayıp dozlamak).

Ve sonuç, bir bakıyoruz ki bu ikinci turda, nitratın sıfırlanması sadece 5-6 gün sürmüş !

Tekrar bir sirkülasyon daha, bu sefer 2 gün. Bir daha, bu sefer 12 saat, ilerleyen döngülerde belki 6-7 saatte, 50 litre suyu (örnektir, daha fazla yada az olabilir) nitrattan arındırabildiğimizi görüyoruz !! Artık nitratlı su karıştı-karışmadı endişesine yer kalmadı. (Zaten, ziyan etmemek amacıyla önce konteynerdeki suyu çekerseniz, hava ile temas eden konteynerdeki bakteriler öleceğinden, tavsiye edilmez, döngü süresini her seferinde uzatır).

Bu sistemi uygulayan kişi, işi oturttuktan sonra sirkülasyon pompasını timer’a bağlamış, eklediği methanol miktarına bağlı olarak, günde 4 kez nitrat sıfırlayıp, tekrar çeviriyor. Tankında nitrat 2-3 civarlarında geziyor (Tank 2.5 tonluk, denitratörü yanılmıyorsam 200 litre civarı, yani günde 800 litre suyu nitrattan arındırıyor denebilir). Dolayısıyla, sudaki nitrat belli bir seviyeye geldiğinde, artık ne kadar metanolle ne kadar sürede nitrat sıfırlaması yapılacağı da 3 aşağı 5 yukarı belli olduğundan, timer ve dozaj pompası ile (daha güzeli neptune apex ile ) işi el değmeden götürmek mümkün.

Tabi bir de, özellikle ilk döngüler için, işlerin yolunda olup olmadığını nasıl kontrol edebileceğimiz meselesi var.

Denitrifikasyon döngüsünde olaylar basitçe şu şekilde gidiyor;

NO3--->NO2--->N2O--->N2(azot gazı)

Gördüğünüz üzere, nitrat ilk önce nitrite dönüşüyor, dolayısıyla, ilk önce nitrit’in pik yapması gerekli. Reaksiyonun devamı için suyun dalgalanmayacak şekilde karıştırılması önemli, bu sayede kıyıda köşede ne kadar nitrat varsa reaksiyona girip nitrite dönüşmeli.

Sistem ilk kez başlatıldığında süreçleri, tabi olanaklar dahilinde, aşağıdaki parametrelerle izleyebilirsiniz;

-Suyun bulanıklaşması (ilk farkedilen) – Heterotrofik bakterilerin patlama yaptığını gösterir.

-ORP değerlerinin sıfır veya negatife düşmesi (redux reaksiyonlarının başladığını gösterir)

-Bakteri kolonilerine ait görsel ipuçları (kaygan, temiz (beyaz), sümüksü/ipliksi, ilerleyen dönemde kahverengileşirler)

-Nitratın sıfıra düşmesi

Döngü tamamlandığında şunları beklemeliyiz diye de özetleyelim:

Nitrat yok, suda oksijen düzeyi düşük (bilindiği üzere testi var), pH başlangıçtakinden düşük, kH başlangıçtakinden yüksek, ve son olarak, tıka basa faydalı bakterilerle dolu.

Peki bizim derdimiz ne ki, suya karbonu direkt dozlamak yerine dışarda bir yerlerde bu işi yapmaya uğraşıyoruz? Tam olarak da bu sebepten. Metanol’ü doğrudan tanka verdiğimiz zaman, bir sürü sıkıntıyı da beraberinde getirmesi muhtemel, ki cyano bunlardan yalnızca biri. Bu sistemde ise, methanol tamamen tüketilip denitrifikasyon bakterilerinin sayısı çok yüksek rakamlara çıkıyor, bu arada zararlı veya istenmeyen bakteriler de faydalıların baskısından içerde popülasyon oluşturamıyor. Dolayısıyla tanka geri verdiğiniz suda metanol yok, ve sadece faydalı bakteriler var.

Elbette, iniş borusunun sumptaki ağız kısmının protein skimmer’ın emişine dayanmasının gerekliliğini vurgulayalım, karbon dozlama esaslı tüm sistemlerde olduğu gibi, bunda da sağlam bir PS, ana gereklilik. Aksi taktirde, denitratör hacminiz de büyükse, aşırı bakteri girişi tankta sıkıntı yaratabilir.

Dezavantajlarına gelince, özellikle ülkemiz açısından da bakalım, denitratör tankının sump seviyesinden yukarda durması gerekli (cazibe ile iniş kullanılacaksa), bu da ayrı bir tezgah işgali demek. Ancak, iki yönlü çalışan bir pompanız varsa gerekmeyebilir. Veya başka yöntemler de mümkün. Diğer önemli dezavantajı, bizde metanol satışındaki kısıtlamalar, saf metanolün temini güç olabilecektir.

Metanol denitratörü konusu bu şekilde. Dilerim faydalı bir kaynak oluşturabilmişizdir.

 

Elektrik kesintilerinde malum mevzu sülfür korkusu. Ancak iş sülfüre sarmadan önce daha epey zaman olacağından, arada bakteriler için başka stepler olduğundan bahsedilmişti. Tekrar bakayım.

 

"...The bacteria will go into a holding or hybernation-like state for a while when there is no food source. I wouldnt worry about power outages. Theoretically, the bacteria would start breaking sulfate bonds for energy once the nitrates are gone. IME this takes a LONG time to happen. Also, dosing Strontium nitrate should help prevent this.

You should periodically adjust the methanol dose as your nitrates get lower. However, dont try to micro manage the methanol dose when your nitrates get down under 10ppm. "
@Montimahir

 

İlk döngü 8 gün sürmüştü. Üçüncü döngü dün 14.15 te başladı, 2 ml metanol eklemiştim. Döngü başında tanktan alınan suda, nitrat 15-20 civarıydı. Bugün sabah 09.15 itibariyle 8 L'de nitrat sıfırlandı.
Bu resim döngü başladığında denitratordeki nitrat durumu (en uçtaki kare nitrat, bir altındaki nitrittir):


Bu da nitrat sıfırlandığında (karşılaştırma yapabilmeniz için, soldaki, o sırada akvaryumdaki nitrat, sağdaki strip denitratordeki nitrat. Yaklaşık sıfır )