Lektionen zur Aquarienchemie - Wasserwechsel

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Lektionen zur Aquarienchemie - Wasserwechsel

Beitragvon eumel6 » 04.03.2016 19:45

Lektionen zur Aquarienchemie – Wasserwechselmathematik

Wasserwechsel sind eine übliche Angelegenheit in der Aquaristik. Was passiert aber mit den Schadstoffmengen, kommt es nicht zu einer ständigen Anreicherung trotz regelmäßiger Wasserwechsel? Eine Frage, die ich theoretisch beleuchten möchte.
Angenommen unser Nitrat reichert sich jede Woche um 2mg/l an und ich wechsle am Wochenende 10% des Wassers mit nitratfreiem Wasser. Dann kommt es zu folgender Reihenentwicklung:
1. Woche Nitratwert am Wochenanfang 0 mg/l der bis zum Wochenende auf 2mg/l anwächst und mit einem 10%igem Wasserwechsel senke ich da Nitrat auf 2-0,2=1,8mg/l
2. Woche Nitratwert am Wochenanfang entsprechend 1,8mg/l, der Zuwachs in der Woche beträgt 2mg/l macht vor dem Wasserwechsel am Wochenende 3,8mg/l, wovon ich 10% bzw. 0,38mg/l rauswechsle und in die 3. Woche mit 3,8-0,38=3,42mg/l gehe.
3. Woche entsprechender Anfangswert 3,42mg/l, Zuwachs 2mg/l ergibt 5,42mg/l wovon 10% sprich 0,54mg/l entfernt werden
Für mehre Wochen lässt sich dann folgende Reihe entwickeln
Woche; Anfangswert Wochenbeginn; Endwert vor Wasserwechsel am Wochenende; entfernte Menge

1 0 2 -0,2
2 1,8 3,8 0,38
3 5,42 0,54
4 4,98 6,98 0,7
5 6,28 8,28 0,83
6 7,45 9,45 0,95
7 8,5 10,5 1,05
8 9,45 11,45 1,15
9 10,3 12,3 1,23
10 11,07 13,07 1,31

Es hat den Anschein, als ob mit jeder Woche Nitrat stetig wächst. Das ist richtig aber die Zwachsschritte werden kleiner und wir nähern uns einem Grenzwert der Nitratkonzentration.
Der Grenzwert ist dann erreicht, wenn ich den Zuwachs innerhalb der Woche von 2mg/l zum Wochenende mit dem Wasserwechsel wieder entferne. Mathematisch darstellbar als:

Zuwachs= Abgang

mz =G2*R*V

An einem Fallbeispiel erläutert:
Wir haben ein 100lBecken mit 18 mg/l Nitrat . Durch Nitrifizierung nimmt Nitrat pro Woche um 2mg/l zu, so dass wir am Wochenende 20mg/l Nitrat im Wasser haben.
Wenn Abgang gleich Zuwachs sein soll, dann müssen wir diese 2mg/l entfernen, was einer zu entfernenden Menge von 100l*2mg/l von 200mg entspricht. Die 200mg sind in 10l Aquarienwasser enthalten(200mg geteilt durch 20mg/l Aquarienwasser). Wenn wir jetzt diese 10l entfernen und mit 10l nitratfreiem Wasser auffüllen, dann haben wir wieder die Situation zu Wochenbeginn. Unser Wasser enthält wieder 18mg/l Nitrat und das Spiel kann von neuem beginnen. Wir haben einen Grenzwert erreicht, der durch den Wechselrhythmus nicht weiter ansteigt.
Mathematisch lässt es sich wie folgt ausdrücken:

mz/V= ma/V = G2*R=(G2-G1)

mz – Zuwachs in mg zwischen den Wasserwechseln
ma – Menge in mg die durch den Wasserwechsel zu entfernen ist
V - Wasservolumen des Aquariums
G2 – Grenzwert vor dem Wasserwechsel in mg/l
G1 – Konzentrationswert nach dem Wasserwechsel mg/l
R – Anteil des gewechselten Wassers

Ableitungen bzw. Schlussfolgerungen
Die Konzentration eines Stoffes, der sich im Aquarium anreichert, wächst bei regelmäßigen Wasserwechseln nicht ins Unermessliche sondern erreicht einen Grenzwert.
Aquarienwasser und Leitungswasser unterscheiden sich konzentrationsmäßig bei Stoffen, die sich im Aquarium anreichern, zum Teil nicht unerheblich(über 10% Unterschied).
Bis zum annähernden Erreichen des Grenzwertes sind einige Schritte(Wasserwechsel) erforderlich. Im Beispiel sind wir nach 10 Schritten immer noch ein Stückchen vom Grenzwert entfernt. Praktisch kann man davon ausgehen, dass die Annäherung an den Grenzwert etwa ein halbes bis ein Jahr dauert!

Für die Praxis ist folgendes relevant.
Stoffe die sich anreichern, sind im Regelfall die GH und die Ionenzahl(Leitfähigkeit). Bedingt kann es bei Nitrat und Phosphat auch zu einer Anreicherung kommen.
Auf ein paar Internetseiten findet man Darstellungen, dass man den Zuwachs bei Nitrat über die Leitfähigkeit kontrolliert hat und bei Erreichen eines Grenzwertes Wasserwechsel durchgeführt hat. Ein komplexeres Kontrollsystem ist auch auf der Grünen Woche in Berlin vorgestellt worden.
Will man den Grenzwert senken, muss entweder mehr oder öfters Wasser gewechselt werden.
Zwischen Wechselmenge und Grenzwert besteht ein Zusammenhang, siehe folgendes Beispiel
Zuwachs 2mg/l – welche Grenzwerte werden bei unterschiedlichen Wechselraten erreicht

Rate Grenzwerte mg/l
0,1 20
0,2 10
0,5 4
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