Nou zo langzamerhand zijn we al aardig ver gevorderd in het hele CO₂ gebeuren. Het wordt eens tijd de diffusor eens te bekijken. Dat is dus het apparaat dat er voor zorgt dat onze CO₂ in het water wordt opgelost.

De meeste diffusors zijn te goed

Ja, je leest het goed, verreweg de meeste diffusors zoals flippers, pompinjectiesystemen e.d. lossen het CO₂ veel te goed op!. 100% van de toegevoerde kooldioxide wordt door een goede diffusor in het water gebracht.

Of je nu 20 of 120 bellen per minuut toevoert, de diffusor lost het voor je in het water op! En omdat ze zo goed zijn kan er gemakkelijk teveel kooldioxide worden toegevoerd. Tjah, en dan moet er weer extra techniek omheen geknutseld worden in de vorm van een pH regeling met magneetventiel om de capaciteit van zo'n veel te goede diffusor weer te begrenzen. (Eigenlijk is zo'n pH controller te vergelijken met het monteren van een snelheidsbegrenzer op een Corvette...)

Door een diffusor zo goed (of beter gezegd, zo slecht) te berekenen en zo te maken dat net de gewenste hoeveelheid CO₂ opgelost kan worden is al die moeilijke techniek niet nodig. Een te grote toevoer van CO₂ kan zo'n "slechte" diffusor dan niet aan. De overtollige CO₂ wordt afgevoerd naar de atmosfeer. De diffusor is zo dus zelfregelend geworden!!

Een dure pH controller e.d. is dan niet meer nodig!. Waarom moeilijk doen als het simpel gaat? De foto hieronder geeft een voorbeeld van zo'n simpele zelfregelende diffusor aangesloten op bio-CO₂.

Hoe werkt zo'n zelfregelende diffusor nu helemaal?

Nou het principe is simpel, heel simpel! Op de eerste CO₂ pagina hebben we kunnen lezen dat de concentratie aan kooldioxide boven het aquarium van invloed is op het gehalte in het aquarium. Bijvoorbeeld:

• 0,035% CO₂ geeft in 't water 0,5 mg/ltr. (Standaard kooldioxide gehalte in de buitenlucht)
• 4% CO₂ geeft 60 mg/ltr. (Kooldioxide gehalte in uitgeademde lucht)
• 100% CO₂ geeft 1500 mg/ltr.

Als ik dan een deel van het aquariumoppervlak bedek met een omgekeerd bakje en daar pure CO₂ in laat stromen dan krijg ik dus gemiddeld een hoger percentage CO₂ boven mijn bak en dus ook in het water! Nou, en van dit gegeven maken we dus ook dankbaar gebruik om zo'n zelfregelende diffusor te maken.

Het berekenen van het oppervlak van de diffusor

We kunnen (sterk vereenvoudigd) zeggen (Opp=oppervlak):

Opp. diffusor x 100% CO2 + (Netto opp. bak - Opp. diffusor) x % CO2 atmosfeer = Totale opp. x gemiddelde % CO2.

Of omgerekend naar mg/ltr:

Opp. diffusor x 1500 mg/ltr + (Netto opp. bak - Opp. diffusor) x 0,5 mg/ltr = Totale opp. x gewenst CO2 gehalte in bak.

Deze formule kunnen we dan omwerken naar:

Oppervlak diffusor = Oppervlak bak x (0,5-gewenst CO2 gehalte) / (0,5-1500)

Even een voorbeeld:
Aquarium van LxBxH 100x50x60 cm
Gewenst CO₂ gehalte 25 mg/ltr
Hoe groot moet het diffusor oppervlak worden?

We krijgen dan:
Oppervlak diffusor = 100x50x(0,5-25)/(0,5-1500)
Oppervlak diffusor = -122500/-1499,5
Oppervlak diffusor = 81,7 cm²

De berekening wordt zelfs nog wat simpeler als we het bakje niet aan het wateroppervlak zetten maar helemaal onder water plaatsen. Zoals op het plaatje hieronder is te zien.

We krijgen dan:

Oppervlak diffusor x 1500 mg/ltr + Oppervlak bak x 0,5 mg/ltr = Totale opp. x gewenst CO2 gehalte in de bak.

A_diffusor X 1500 + 100X50X0,5 = (A_diffusor + 100X50) X 25
1.500 x A_diffusor - 25 x A_diffusor = 125.000 - 2.500
A_diffusor = 83 cm².

We zien dus dat als we het bakje helemaal onder water inzetten het oppervlak iets groter moet worden, maar veel is het niet. Dat het oppervlak groter moet worden komt omdat er in het laatste geval meer aquariumwater in contact is met de lucht. Er zal dus wat meer CO₂ naar de atmosfeer ontsnappen. Het bakje moet dus wat groter worden om dat te compenseren. Aan de andere kant hebben we er eigenlijk geen rekening mee gehouden dat hoe dieper het bakje in het aquarium geplaatst wordt des te beter wordt het CO₂ opgenomen. Maar ach, zo veel scheelt dat allemaal niet.

Om het CO₂ gehalte in een aquarium van een 0,5 naar 25 mg/ltr te krijgen in een bak van 100x50 cm² is dus een diffusor met een oppervlak van ca. 83 cm² nodig. In de praktijk is een ca. 25% groter oppervlak nodig dus ca. 105 cm². Zeg maar een bakje van 20x5 cm of van 70x1,5 cm.

Relatie tussen diffusor oppervlak, aquarium oppervlak en CO₂ gehalte

In het voorbeeld konden we zien dat om het CO₂ gehalte van 0,5 naar 25 mg/ltr te krijgen we voor een aquarium van 100x50 een diffusor oppervlak van ca. 83 cm² nodig hebben.

In verhouding is het diffusor oppervlak dan 83/(100x50) x 100= 1,66 % van het aquarium oppervlak.
Met 25% toeslag is dit dan 1,66x1,25= 2,08%
We kunnen dus zeggen dat om het water van 0,5 naar 25 mg/ltr CO₂ te brengen de diffusor 2,1 % van het aquariumoppervlak moet hebben.

Met andere woorden....bij een bepaald gewenst CO2 gehalte hoort een vast percentage voor het diffusor oppervlak ten opzichte van het totale aquariumoppervlak. Nou en dat kunnen we dus mooi in tabelvorm weergeven.

En dan is het nog maar een kleine stap er een grafiek van te maken. We zien dus duidelijk dat het weinig verschil uit maakt of een bakje nu boven water of onder water zit. In de grafiek is de toeslag van 25% niet meegenomen.

De grafiek is gebaseerd op een stijging van 0,5 naar x mg/ltr

Die grafiek met het benodigde percentage aan oppervlak behorend bij een x aantal mg/ltr is natuurlijk erg mooi. Maarrr. dat is wel een grafiek waarbij we uitgaan dat we het CO₂ gehalte van 0,5 naar x mg/ltr brengen.

Echter er is één probleem, er is bijna geen aquarium wat een 0,5 mg/ltr aan CO₂ heeft. De meeste aquaria hebben van zichzelf al een hoger CO₂ gehalte. Zouden we de bovenstaande grafiek direct toepassen dan wordt ons bakje een beetje te groot en krijgen we een hoger CO₂ gehalte dan berekend.

Hoe lossen we dit probleem nu op?
Nou gelukkig is dat vrij eenvoudig. We berekenen een equivalent oppervlak aan de hand van het huidige CO₂ gehalte en trekken dat equivalente oppervlak af van het oppervlak benodigd bij het uiteindelijke CO₂ gehalte.

Dat gaat dan als volgt in z'n werk
We meten de KH en de pH van het water en berekenen daaruit het CO₂ gehalte dat het water nu al heeft. Bijvoorkeur doen we dat 's morgens terwijl het licht nog uit is. Dan is het CO₂ gehalte het hoogste in het aquarium.

Voor het berekenen van het CO₂ gehalte kun je daarbij gebruik maken van de CO₂ calculator.

Als je het CO₂ gehalte in je aquarium berekent hebt dan kijk je in de grafiek welk percentage aan oppervlak daarbij hoort. Dan kijk je naar welk CO₂ gehalte je zou willen hebben.
Vervolgens trek je het % oppervlak van wat je nodig zou hebben af van het % oppervlak dat er op basis van je huidige CO2 gehalte zou zijn. Dat verschil in % is dan uiteindelijk het % oppervlak dat je bakje zou moeten hebben.

Even een voorbeeld hoe zo'n berekening verloopt als we meer dan 0,5 mg/ltr CO₂ in ons water hebben.
Aquarium. LxBxH 160x60x50 cm.
KH=5
pH = 7,5
Gewenst CO₂ gehalte 15 mg/ltr
Diffusor zit helemaal onder water. De uitloop van het filter stroomt onder langs het bakje

Berekening:
We stoppen de KH=5 en de pH=7,5 in de CO₂ calculator en vinden een CO₂ gehalte van 4,5 mg/ltr

In de tabel vinden we bij 4,5 mg/ltr en het bakje helemaal onder water een oppervlakte percentage van 0,26%
Dan kijken we in de tabel bij 15 mg/ltr ook weer bij het bakje helemaal onder water, een waarde van 0,98%
Die waarden trekken we dan van elkaar af 0,98-0,26 = 0,72%

Omdat door de uitstroom van het filter het CO₂ extra goed wordt opgenomen hanteren we in plaats van 25% een wat lagere toeslag van 10%.

Het diffusor oppervlak is dan 0,72 x 1,1 = 0,79%. We ronden dit af op 0,8% (zo precies komt het allemaal ook weer niet.) Het diffusor oppervlak wordt dan: (0,8/100) x Het oppervlak van het aquarium.
Dit is dan: (0,8/100)x160x60 = 76,8 cm²
Dus bijvoorbeeld een bakje langs één van de zijkanten van het aquarium van 38x2 cm.

Oppervlakte van de diffusor, ook andere faktoren spelen een rol

Behalve de CO₂ concentraties in de lucht en het water spelen er nog wat meer faktoren een rol die eigenlijk ook van invloed zijn op de oppervlakte van een diffusor. Om het allemaal wat simpeler te houden zijn die in de bovenstaande berekening niet meegenomen.

• Bij sterke oppervlakte stroming moet bijv. het bakje wat groter worden om de extra verliezen naar de lucht te compenseren. Is er een sterke waterstroming onder de diffusor zelf dan kan het bakje juist weer wat kleiner worden.
• Het maakt verschil op welke diepte een bakje in het aquarium wordt geplaatst, hoe dieper hoe beter, enz.
• CO2 komt gemakkelijker in het water dan dat het eruit gaat.
• Bij hogere temperaturen lost CO₂ moeilijker in het water op.

Gelukkig, over het algemeen genomen kom je met de berekenwijze van hierboven en de toeslag van 25% een aardig eind in de goede richting.

Diffusors, verschillende uitvoeringen

Het voordeel van zo'n diffusor opzet als deze is dat te hoge CO₂ gehaltes in het water worden voorkomen. Voegen we teveel CO₂ toe dan wordt het niet in het water opgenomen en zal van onder het bakje ontwijken. Uiteraard kunnen we de uitvoering van zo'n diffusor varieren. Hieronder een aantal voorbeelden.

A. Schema A. geeft het meest eenvoudige principe weer, gewoon een omgekeerd bakje waaraan CO2 wordt toegevoerd. De overtollige CO2 ontwijkt dan vanonder de rand van het bakje. Bevestiging kan bijvoorbeeld middels een zuignap aan de wand of door een tie-rap. Dit is ook het type Diffusor zoals deze door Dennerle gebruikt wordt in hun Bio-CO2 systeem. Zo omzeilen ze op elegante wijze de ongelijkmatige CO₂ afgifte van Bio-CO2. Zo wordt voorkomen dat door verkeerde samenstellingen van gebruikte gistmengsels te hoge kooldioxide gehaltes in het aquarium ontstaan.

B. Schema B. maakt het al iets gecompliceerder. De CO₂ ontwijkt nu niet meer vanonder de rand van het bakje maar via een tweede luchtslangetje.

C. Deze uitvoering is een soort hybride uitvoering. Een deel van de CO₂ wordt al opgelost in de schuimstofpatronen (donkerblauw), de rest in de diffusorbak. Voordeel is een zeer compacte bouwwijze. Nadeel is dat het oppervlak door het toepassen van het filterschuim niet meer is te berekenen maar proefondervindelijk moet worden bepaald. Maak je het filterschuim deel te groot dan verdwijnt ook de zelfregelende werking en werkt e.e.a. als een normale CO₂ diffusor (CO₂ worst).

D. Als we minder wateroppervlak willen missen en e.e.a. compacter willen maken dan kan dat volgens schema C goed gemaakt worden. Gewoon een aantal bakjes boven elkaar stapelen die met elkaar het gewenste oppervlak vormen.

E. Het principe is hier hetzelfde als bij D. Alleen is hier de diffusor onzichtbaar in de achterwand of de zijwand van een aquarium te integreren.

Het kan nog mooier, variabele oppervlakte

Die schetsjes van hierboven zijn natuurlijk erg mooi, maar hebben één nadeel. Het oppervlak is één vaste waarde. Er wordt dus continue "geregeld" op één vaste CO₂ waarde. Willen we meer CO₂ in de bak dan moet de constructie aangepast worden zodat het diffusor oppervlak groter wordt. Bijvoorbeeld door in schema D. een extra bakje bij te plaatsen.

Maar het veranderen van oppervlak kan ook eenvoudiger. Hoe dat op eenvoudige wijze werkt is hieronder te zien.

Nou het principe moge duidelijk zijn, door het ontluchtingsbuisje te verstellen is het diffusoroppervlak traploos in te stellen. Het bakje is een gewone bak die we schuin in het aquarium plaatsen.

Vals gas

De diffusors op basis van een omgekeerd bakje kennen één probleem, vals gas.
CO₂ gas dringt het water in vanuit het bakje. Maar andersom kan ook. Gassen als zuurstof en stikstof dringen vanuit het water in het bakje. Nu wordt er continue CO₂ toegevoerd en de concentratie aan kooldioxide blijft dus hoog maar toch kunnen we een concentratieverhoging aan zuurstof en stikstof niet helemaal voorkomen. Aan de ene kant is dit effect al verwerkt in de toeslagfaktor op het oppervlak van ca. 25%. Maar we kunnen ook het bakje iets aanpassen zodat het effect van vals gas wat minder wordt. Een aantal oplossingen zijn:

• Periodiek omkeren van het bakje en de valse gassen laten ontwijken, daarna bakje weer herplaatsen.
• Het zorgen van een heel klein ontluchtingsgaatje (1 mm) boven in elk bakje. Hierdoor wordt continue ontlucht. De valse gassen zijn vrijwel allemaal lichter als CO₂ dus daarom het gaatje op het bovenste punt.
• Het plaatsen van een extra luchtslangetje met een kraantje dat we af en toe openen, en daarna weer dicht zetten.

Over Paffrath en KH

Zoals al eerder gezegd is deze diffusor opzet niet nieuw. Dennerle past het al langer met succes toe in hun bio-CO2 lijn. Al in 1978 werd door de Hr. Paffrath in het Duitse aquariumtijdschrijft DATZ deze opstelling uit de doeken gedaan. Google maar eens op Paffrath, diffusor, CO2

Daarbij werd echter voor de oppervlakteberekening uitgegaan van de KH en de aquariuminhoud. Ook ontbreekt enige indicatie van wat voor CO₂ gehaltes te verwachten zijn. Als je alle CO₂ pagina's wat hebt doorgelezen dan zal het duidelijk zijn dat de KH geen rol speelt in hoeveel of hoe goed CO₂ in het water oplost. De inhoud van het aquarium speelt een indirekte rol. Het oppervlak is belangrijker. De basisopzet van de diffusor is dus niet anders, de berekening wel.

We zien dat de oppervlakte pas echt toeneemt volgens de Paffrath berekening bij KH waarden van boven de 10. KH waarden die voor een plantenbak al niet zo gunstig zijn, en bij mooie plantenbakken ook niet vaak voorkomen. Zitten we met de KH waarde onder de 10, dan komt de formule gewoon neer op een 30 cm² per 100 liter. Tjah en in die inhoud zit indirekt natuurlijk ook het oppervlak van het aquarium verwerkt.

Als we dit eens toepassen op ons rekenvoorbeeld van 160x60x50 (LxBxH) dan hebben we 480 liter en daarvoor een oppervlak nodig van (480/100)x30 = 144 cm ² (Da's 144/(160x60) = 1,5% +0,3 = 1,8% We zouden dan 28 mg/ltr kunnen verwachten). Met onze berekeningsmethode kwamen we op 77 cm2 uit. 77/(160x60) = 0,80% +0,3 = 1,1% en dat geeft ca. 17 mg/ltr. Met de berekening volgens Paffrath krijg je dus hogere CO₂ gehaltes.

En als ik toch zo'n supergoede diffusor koop?

Ehhh, ja wat dan?
Dan heb je gewoon een apparaat wat zeer goed in staat is om de CO₂ op te lossen. Werkt net zo goed maar kost gewoon wat meer en je mist een beveiliging tegen te hoge doseringen. Zo'n goede diffusor moet je dan ook afstellen op het goede CO2 gehalte. En dat doe je dus door het aantal bellen wat je toevoerd aan de diffusor zo in te stellen dat het juiste CO₂ gehalte nog net wordt gehaald. Ook dan is dus een pH geregelde CO₂ toevoeging niet persé nodig. Het is dan een kwestie van precies het gewenste aantal bellen in stellen. Hoe je dat doet is te lezen op de pagina over het instellen van ongeregelde CO₂.

Het enige nadeel is dus dat zo'n supergoede diffusor niet zelfregelend is, dus als je het aantal bellen precies goed hebt ingesteld en door één of andere oorzaak stijgt het CO₂ gehalte in de bak (door bijv. grotere organische belasting) dan zal bij zo'n goede diffusor alsnog teveel CO₂ worden toegevoerd. De "slechte" diffusor zal dan aan zijn grens zitten en eerder het overtollige CO₂ afblazen omdat het hem niet lukt het extra kooldioxide opgelost te krijgen.