Comprendere uno skimmer

 

Lo skimmer è sicuramente uno dei principali componenti della tecnica e tra i più comuni da trovare in qualsiasi (o quasi) acquario marino, sia pubblico che privato.

Rappresenta, insieme alle luci, il componente più diffuso e tra le prime attrezzature che si scelgono quando progettiamo una nuova vasca.

E’ utilizzato sin dagli albori di questo hobby, ma siamo sicuri di comprenderlo fino in fondo?

Scopriamolo insieme….

Storia dello skimmer  

La storia parte dal lontano 1892 dove per la prima volta lo zoologo O. Bütschli utilizzò la tecnica della schiumazione per arricchire i primi strati di una schiuma di particelle surfactanti e proteine per poi osservarle e studiarle al microscopio. 

In seguito abbiamo sentito parlare di skimmer (o per meglio dire, con un principio di funzionamento “assimilabile” ad uno skimmer) anche nel 1937 (Ostwald, schutz, separazione e concentrazione di enzimi tramite schiumazione).

Photocreditweb:biodiversityheritagelibrary

Mentre per vederlo applicato all’acquariofilia dobbiamo attendere fino al 1960 dove un aquariofilo tedesco Guido Hueksted lo affiancò alla propria vasca, ma non ebbe seguito almeno fino agli anni 90 dove con l’inserimento dei primi coralli e il loro allevamento nelle vasche, un sistema di trattamento delle acque più performante si rese necessario.

Da quel momento lo skimmer non ha più abbandonato le nostre vasche e mi ricordo che quando ho iniziato la mia avventura con le vasche marine, pensiero comune tra noi appassionati, era di non porre limiti nella scelta dello skimmer in quanto non risultava essere mai sovradimensionato.

Oggi, con l’avanzare della tecnologia, e specialmente con l’affiancamento di altre tecniche di trattamento acqua, questo concetto andrebbe probabilmente ridiscusso e rivisto.

Un primo skimmer  – photocreditweb:tunzeblog

Tornando alla letteratura, negli anni 80-90 troviamo innumerevoli studi e articoli scientifici sul frazionamento per schiumazione per il trattamento delle acque, da questi studi, abbiamo appreso i parametri che influenzano la schiumazione e le accortezze per aumentarne la resa, anche se molti di questi studi scientifici sono rivolti a massimizzare la concentrazione dello schiumato, per un loro recupero, piuttosto che ottenere un’alta “purificazione” dell’acqua trattata.

Ma questo lo vedremo meglio nei paragrafi seguenti.

Principio di funzionamento

Ma come funziona uno skimmer?

Personalmente ritengo fondamentale, per un acquariofilo, capirne il meccanismo di funzionamento, solo in questo modo sapremo infatti controllare e “pilotare” nella direzione voluta questo fantastico elemento della tecnica.

Il principio di funzionamento è intrinseco alla natura chimico-fisica delle particelle e in particolar modo alle loro cariche elettriche.

Infatti in natura esistono due tipologie di molecole che si definiscono: polari o apolari.

La polarità delle molecole dipende essenzialmente dalla tipologia dei legami chimici e dalla loro geometria molecolare, e si definisce molecola polare, le molecole che sono caratterizzate da un momento dipolare non nullo.

In termini più semplicistici, le molecole polari sono quelle che hanno le cariche elettriche (negative e positive) posizionate tra di loro in modo che anche l’intera molecola assume una propria e ben definita carica elettrica, e in quanto tale può essere orientata esattamente come con una calamita.

Ad esempio la molecola dell’acqua (H2O), è formata da due atomi di idrogeno (a carica positiva) e un singolo atomo di ossigeno a carica negativa formando una geometria molecolare come raffigurato nell’immagine sottostante:

Polarità dell’acqua – photocreditweb

Questa caratteristica è responsabile del fenomeno della solvatazione, ovvero, uno ione che si trova in acqua in forma ionica viene circondato dalle molecole di acqua in base all’attrazione delle cariche elettriche, proprio come nel caso dello ione sodio raffigurato nell’immagine sottostante:

Solvatazione – photocreditweb

Questo è alla base della miscibilità delle soluzioni e spiega anche il perché l’acqua (molecola polare) e l’olio (molecola apolare) sono immiscibili tra di loro, in epoche medievali gli alchimisti pronunciavano: "Similia similibus solvuntur"; ovvero il simile scioglie il simile. Ecco spiegato perché l’olio non si solubilizza in acqua mentre invece si dissolve completamente in alcool o nella benzina (sostanze apolari).

Su questo principio risulta facilmente comprensibile la definizione di idrofobo e idrofilo, ovvero la caratteristica di attrazione o repulsione di un elemento, molecola o particella all’acqua. Esattamente come una goccia di rugiada che viene repulsa dagli olii essenziali della foglia.

Goccia di rugiada su foglia - photocreditweb

Esiste poi una terza categoria che racchiude entrambe le caratteristiche di attrazione e repulsione dell’acqua, ovvero le molecole “anfifiliche” o “anfipatiche” ovvero molecole che hanno entrambe le caratteristiche di attrazione e repulsione a solventi polari e apolari in quanto hanno entrambi i gruppi idrofobi e idrofili, queste sostanze sono anche dette tensioattivi (come il normale sapone) in quanto riescono a forzare la dissoluzione sia della parte oleosa (idrofoba) che della parte acquosa (idrofila), la caratteristica che dona loro questa peculiarità è la presenza di una più o meno lunga catena idrocarburica (ovvero formata da atomi di carbonio e idrogeno, normalmente definiti composti organici) e da una testa che può essere di diversa natura ma sempre con una caratteristica polare.

Due rappresentazioni di un sapone – photocreditweb

Le molecole tensioattive devono il suo nome in quanto sono “attive” sulla “tensione superficiale” dell’acqua, ovvero sulla caratteristica che rende le bolle di aria in acqua più flessibili e quindi più stabili impedendo l’esplosione delle stesse.

Moltissimi elementi organici in acquario e soprattutto le proteine e i loro prodotti di denaturazione (ovvero la decomposizione a composti più semplici delle proteine) sono sostanze tensioattive con le caratteristiche precedentemente spiegate.

Queste molecole si schiereranno sulla superficie della bolla con la testa (idrofila) verso l’esterno di questa, ovvero nella parte acquosa, mentre le code (idrofobe) saranno repulse verso l’interno della bolla il più possibile lontane dall’acqua, e quindi andando a ricoprire interamente la superfice della bolla di aria generata dallo skimmer, donando una maggior coalescenza alla bolla stessa sino a raggiungere il bicchiere di overflow dello skimmer e di fatto togliendolo dalla vasca.

Disposizione tensioattivi sulla bolla – photocreditweb geopop

Questo effetto è facilmente visibile e intuibile semplicemente osservando lo sviluppo delle bolle su tutta l’altezza dello skimmer, infatti saranno bolle piccole in partenza ed andranno ad aumentare in dimensione con l’avvicinarsi al collo superiore di stramazzo, questo effetto è dovuto essenzialmente al fatto che con l’aumentare dell’altezza la parte organica e quindi i tensioattivi sono più concentrati donando  una flessibilità maggiore alle bolle che risultano stabili anche se di grandi dimensioni.

Quanto descritto fino ad ora, spiega come uno skimmer lavora con le interazioni chimico-fisiche tra acqua e il materiale organico da rimuovere, esiste però un altro fenomeno molto più semplice anche se estremamente efficace nella rimozione di materiale che sfrutta semplicemente la caratteristica ascensionale delle bolle di aria che tendono a risalire fino al collo di overflow dello skimmer stesso, ne deriva che eventuale materiale particellare può sfruttare la bolla stessa come “passaggio” verso il bicchiere di rimozione dello skimmer e quindi rimuovendolo  dalla vasca. 

Questo può avvenire solo se, le dimensioni del materiale particellare risultano molto piccole e riescono ad adagiarsi sulla bolla senza romperla, questa caratteristica è sfruttata da molteplici composti moderni normalmente utilizzati in acquariofilia, ma ne parleremo meglio nel paragrafo destinato alle rimozioni mirate.

Parametri che influenzano le performances

Nel corso degli anni e soprattutto per altri fini (principalmente nel campo alimentare e farmacologico) sono stati eseguiti studi sui metodi di rimozione/concentrazione di soluzioni e composti tramite schiumazione, questi studi anche se non inerenti all’acquariologia ci permettano di capire e valutare quali sono i parametri che influenzano il grado di rimozione e quindi di efficienza dello skimmer.

Questi studi come Brown 1990, Uraizee 1996, Wong 2001, Aksai 2007, Caballero 1990, per citarne alcuni mettono in relazione, essenzialmente due parametri che sono:

- Il grado di purificazione della soluzione dove avviene la schiumata che per praticità chiameremo “P”

- L’arricchimento in concentrazione del composto schiumato che per praticità chiameremo “C”

Questi due parametri risultano essere per la maggior parte dei fattori, inversamente proporzionali tra di loro, ovvero se massimizziamo P limiteremo C e viceversa.

Essenzialmente parametri come la portata di acqua, la portata di aria, l’altezza del livello di acqua nello skimmer ecc… vanno ad influenzare il tempo di residenza della bolla di aria dalla pompa dello skimmer sino al bicchiere di overflow.

Infatti un maggior stazionamento della bolla ricoperta di materiale organico nel collo dello skimmer porta ad una prolungata azione di dilavaggio dovuta alle bolle soprastanti che esplodono e per l’acqua che troviamo nelle zone interstiziali  tra le bolle stesse; quest’acqua esegue il percorso in senso inverso alla bolla stessa, dall’alto al basso dello skimmer e porta ad una vera e propria azione di  lavaggio delle bolle portando ad una concentrazione maggiore dell’organico nel bicchiere dello skimmer “C” (schiumata secca) ma  a scapito  di perdita di efficienza dello skimmer in termini di purificazione dell’acqua “P”.

Se invece diminuiamo il tempo di residenza nel collo dello skimmer otterremo una schiumata bagnata che massimizzerà “P” a scapito della concentrazione di organico riversata nel bicchiere dello skimmer, in quanto la maggiore velocità ascensionale delle bolle porterà dietro anche una parte di acqua che andrà a diluire il materiale estratto.

Quindi fattori come influenza della portata di acqua nello skimmer e portata di aria possono essere modificati per spostarsi più verso “P” a scapito di “C” o viceversa.

Piccole bolle create da uno skimmer

Un altro parametro importante nei nostri skimmer è la dimensione delle bolle.

Bolle piccole massimizzano la purificazione “P”, questo è dovuto al fatto che bolle più piccole offrono una maggior superficie per unità di volume, quindi il materiale organico in acqua si troverà più facilmente a contatto con la superficie della bolla di aria, incrementando la sua rimozione. Inoltre bolle piccole si incastrano meglio le une con le altre portando ad un minor quantitativo di soluzione liquida interstiziale che invece abbiamo visto porta a un dilavaggio maggiore e quindi ad incrementare “C” a scapito di “P”.

Il compito di creare bolle di piccolo diametro è affidato alle giranti ad aghi di cui sono equipaggiati i nostri skimmer, è proprio il movimento vorticoso di tutti questi aghi che porta alla formazione di innumerevoli bolle di aria e di piccolissime dimensioni.

Girante ad aghi di uno skimmer

Il grado di rimozione del materiale organico tramite skimmer ha una curva di efficienza di tipo esponenziale decadente, ovvero più materiale organico ho in acqua e tanto più velocemente lo skimmer riuscirà ad eliminarlo. Man mano che l’acqua si purifica, la velocità di rimozione diminuirà fino ad arrivare ad un plateau che sarà il limite minimo di rimozione oltre il quale lo skimmer non riesce più ad apportare alcun beneficio. 

Esempio di curva esponenziale di decadimento

Questo parametro deve essere sempre tenuto bene a mente nel caso di skimmer in sump, infatti per massimizzare le potenzialità di rimozione dello skimmer devo garantire che l’acqua che circola in sump sia alla stessa concentrazione della vasca principale, quindi la portata di acqua vasca -> sump deve essere almeno la stessa portata di acqua trattata dallo skimmer, meglio se superiore.

Ovviamente questo non accade in caso di skimmer a zainetto appesi o immersi direttamente nella vasca principale.

Skimmer a zainetto

Quindi, come deve essere la schiumata?

La risposta a questa domanda è: dipende dalle necessità della vasca.

Infatti per vasche molto ricche in nutrienti, dove i coralli tendono a scurirsi oppure dove abbiamo segnali di organico alto in vasca, dobbiamo lavorare il più possibile con una schiumata “bagnata“ molto ricca di acqua poiché in questo modo riesco a massimizzare l’efficienza di rimozione delle impurezze dalla mia vasca "P", il limite massimo è quanto io riesco a gestirla in termini di periodicità di vuotatura del bicchiere dello skimmer e soprattutto di non modificare troppo la salinità della vasca. Normalmente la schiuma bagnata equivale ad un colore giallo paglierino simile alla colorazione di una birra chiara.

 

Esempio di schiumata bagnata

Viceversa chi ha una vasca ultra low nutrient, che deve essere alimentata in continuo con tracce di nutrienti non rilevabili dovrebbe schiumare secco ottenendo un colore nel bicchiere marrone molto scuro e denso. 

 

Esempio di schiumata secca

Sfruttare lo skimmer per rimozioni mirate

Nei paragrafi precedenti, abbiamo accennato che è possibile rimuovere del materiale, sfruttando il “passaggio” ascensionale della bolla, che tendendo a risalire offre dei veri e propri passaggi fino al bicchiere di raccolta dello skimmer, questa caratteristica è sfruttata nell’acquariologia moderna con alcuni recenti prodotti commercializzati dalle case produttrici.

Perché questo avvenga è però necessario che il materiale da asportare sia di dimensioni infinitesimali e che la sua “massa” non provochi l’esplosione della bolla che renderebbe tutto nullo, ecco quindi l’avvento di materiali micronizzati ovvero materiali già conosciuti in ambito acquariofilo ma ridotti a grandezza del micrometro per sfruttarne la grande dispersività e capacità di fluttuazione nella colonna di acqua e favorirne successivamente l’asportazione tramite schiumatoio. 

Opacità temporanea data da materiale micronizzato in vasca

Quindi materiali come carbonati, argille, zeoliti macinate e micronizzate possono essere utilizzati con successo per eseguire rimozioni mirate di inquinanti come i composti di ammonio come per le zeoliti e metalli pesanti per le argille.

Il vantaggio di questi materiali è quello di disperdersi rapidamente in tutto il volume di acqua, assorbire o adsorbire tramite le loro caratteristiche i composti da rimuovere, e successivamente essere rimosse insieme all’inquinante tramite schiumazione con il processo descritto precedentemente.

Lo skimmer impazzisce o siamo noi a farlo impazzire?

Tutti noi ci siamo accorti che i nostri skimmer sono apparecchi molto “suscettibili” basta infatti somministrare cibo per pesci oppure inserire una mano in vasca per notare come immediatamente cambia l’altezza della colonna di schiuma, in questi casi normalmente l’altezza diminuisce per un breve periodo di tempo, vengono commercializzati anche prodotti che inibiscono temporaneamente lo skimmer per permettere all’utente di somministrare cibo, phytoplancton o qualsiasi altra cosa impedendone la rimozione da parte dello skimmer stesso anche per 1-2 ore. 

Ci sono oltremodo composti che anche se inseriti in piccolissime quantità, creano l’effetto opposto, ovvero lo skimmer schiuma eccessivamente anche con bolle di grandi dimensioni, questo fenomeno viene definito, da noi acquariofili, come “lo skimmer è impazzito”. 

Adesso edotti da quanto sopra sappiamo che non è lo skimmer che impazzisce ma siamo noi che volenti o nolenti abbiamo apportato qualcosa alla vasca che ha creato questo problema. Come mi piace spesso affermare “Anche una vasca da bagno schiuma quando mettiamo il sapone!!”

Molti affrontano il problema dello skimmer impazzito semplicemente attendendo e magari inserendo del carbone attivo in vasca, personalmente non mi piace adottare questa soluzione, preferisco far lavorare lo skimmer al limite delle sue prestazioni chiudendo quasi completamente l’aria e alzando anche fisicamente lo skimmer, dobbiamo sfruttare la caratteristica della sovraschiumazione proprio per togliere il più velocemente possibile il responsabile. In questo modo sono sempre riuscito a rientrare a regime molto velocemente nel giro di qualche ora anche dopo l’utilizzo di medicinali.

“Accessori” per skimmer

Con lo sviluppo tecnologico gli skimmer moderni sono arrivati a trattare considerevoli quantità di aria, risulta quindi il principale elemento di scambio gassoso tra acqua della vasca e aria.

Risulta quindi il principale elemento della tecnica che permette di mantenere ben ossigenata le nostre vasche.

Abbiamo però il rovescio della medaglia, ovvero grandi quantitativi di aria trattata possono immettere anche grandi quantitativi di sostanze indesiderate che possono essere presenti nel locale dove aspira l’aria lo schiumatoio.

Questo parametro, a mio avviso, è una delle principali fonti di problemi delle nostre vasche, basta infatti la presenza di deodoranti, prodotti per la pulizia solventi e vernici che possono essere deleterie per le nostre amate vasche.

Inoltre, nelle nostre case con i moderni metodi di coibentazione per migliorare le classi energetiche si possono accumulare notevoli quantità di anidride carbonica che portano a problemi di acidificazione dell’acqua che abbiamo già ampiamente discusso in articoli precedenti.

 

Filtro a calce sodata per skimmer.

Ad oggi molte case produttrici promuovono e commercializzano filtri appositi che possono essere collegati ai nostri skimmer e riempiti con calce sodata per l’assorbimento di anidride carbonica o carbone per la rimozione di eventuali COV (composti organici volatili) che possono derivare dall’uso di prodotti per pulizia, cosmesi e deodoranti ambiente.

Un altro “accessorio” che può essere collegato allo skimmer sempre sulla presa d’aria aspirata, è il generatore di ozono, che può risultare utile a seconda dei casi e problematiche da trattare.

Pulizia di uno skimmer

Lo skimmer non ama molto la pulizia, o meglio dopo una pulizia profonda ha bisogno di lavorare per qualche ora prima che riprenda a pieno le performance, ma questo non vuol dire che non dobbiamo pulirlo, anzi, la pulizia dovrebbe essere periodica.

A mio avviso, ci sono alcune parti che ritengo sia di fondamentale importanza mantenerle pulite, queste infatti potrebbero riflettersi sulla perdita di efficienza e molte volte possiamo accorgercene semplicemente osservando la schiumata.

Queste parti sono tutte quelle che assicurano un buona quantità di aria e di formazione/miscelazione aria e acqua, nei paragrafi precedenti abbiamo visto come sono di fondamentale importanza questi fattori e quindi queste parti, dobbiamo mantenerle pulite e performanti.

Ritengo quindi di prestare particolare attenzione a tutta la parte di aspirazione di aria e in special modo nel venturi di aspirazione, infatti non tutte le parti sono completamente immerse nel liquido ed è molto facile che si formino incrostazioni che vanno a ridurre la sezione dei condotti di e che vanno a modificare le quantità di aria aspirate in special modo sul cono venturi.

 

Cono venturi di uno skimmer.

Altra parte importante da mantenere pulite è la girante ad aghi, che abbiamo visto essere la componente tecnica che assicura la formazione di bolle di piccola dimensione e che abbiamo visto essere un parametro che influenza il grado di rimozione dell’organico dalla vasca.

Data la natura delle giranti ad aghi si possono incastrare tra questi piccoli detriti, chioccioline o altri materiali inerti che ne influenzano le prestazioni.

Queste parti vanno pulite accuratamente e nel caso anche disincrostate con aceto e/o acidi deboli come l’acido citrico. 

Intero articolo a cura di Marco Paci