Любой аквариумист заинтересован в том, чтобы растения и рыбы, живущие в аквариуме, были здоровы, ничем не болели, в аквариуме была чистая вода, без примесей, которые могут повредить растениям и рыбам. Но, в подлунном мире нет ничего идеального, и само существование рыб и растений предполагает, что в ареале их обитания (в данном случае это аквариум) обязательно будут собираться остатки их же жизнедеятельности, которые будут им самим же и отравлять жизнь. В огромных водоемах — моря, океаны, — эту проблему решила природа, а в домашних условиях в качестве матушки-природы должен выступить хозяин аквариума. И для того, чтобы очистить воду от органических и неорганических примесей, необходимо установить фильтры. Этому и будет посвящена наша статья.
Назначение фильтров в аквариуме
Назначение фильтров – это очистка воды от частиц, слизи, химических элементов, остатков кормов, продуктов жизнедеятельности рыб и других организмов.
стоит фильтр из насоса, который прокачивает воду через фильтр, и, собственно, фильтра с различными фильтрующими элементами. Фильтры выполняют две функции. Первая, это механическая чистка воды от взвешенных частиц. Вторая, это биохимическая чистка воды. К примеру, фильтры должны абсолютно удалять аммиак из воды, или преобразовывать их в менее опасные нитраты. Если максимальный уровень содержания аммиака в воде равен 0,01-0,02 мгл, то максимальное содержание нитратов в воде, даже для самых деликатных рыб, равен 300 мгл.
Разновидности фильтров для аквариума
Фильтры подразделяются на внутренние, они находятся в аквариуме, и внешние, которые находятся вне аквариума. Еще выделяют донные фильтры, но это всего лишь разновидность внутренних фильтров.
Кроме того, фильтры по методам очистки делятся на механические и биологические. Но, в настоящее время эти две функции стараются совмещать в одном устройстве, дабы экономить пространство аквариума.
Системы фильтрации для аквариумов
Адсорбционная система
Адсорбция – это процесс, при котором, вещества, находящие в воде, поглощаются пористыми телами.
мым известным таким веществом является активированный уголь. Рекомендуется использовать березовый активированный уголь, поскольку угли из другой древесины выделяют вредные вещества. Активированный уголь не является панацей от всех от всех видов загрязнений, хотя свою работу делает хорошо. Он прекрасно фильтрует взвешенные органические и неорганические частицы, пептиды, задерживает аммоний и нитрит. К сожалению, уголь быстро забивается грязью, поэтому он обычно используется в последней стадии очистки. Поэтому гранулы угля необходимо проверять, очищать, заменять.
Химическая фильтрация
В качестве фильтрующих материалов используются природные цеолиты или синтетические ионообменные смолы. Они связывают вредные вещества – аммиак или тяжелые металлы. Очищать эти фильтры также необходимо аквариумисту.
Торфяная фильтрация
Торфяная фильтрация — это скорее способ уменьшения жесткости воды, с помощью ее подкисления, и тем самым регулирование размножения некоторых бактерий. Тем не менее, есть виды рыб предпочитающие чистую и кислую среду. Для таких, использование торфа, как бальзам на душу. Вода, прошедшая через торф, приобретает янтарный оттенок. Это надо иметь в виду, если вы будете использовать торф.
Система флотации
Данная разновидность фильтрации удаляет примеси с помощью пены. В ней используется эффект адсорбции веществ на пленке воздушных шариков, проходящих сквозь толщу воды. Флотационные установки или флотаторы, пропускают сквозь себя воду, насыщая ее пузырьками воздуха.
Образующаяся пена собирается в пеносборники и утилизируется. Чистая вода поступает в аквариум или на другие ступени очистки.
Используется два типа флотации – прямоточная и противоточная. Прямоточной тип – вода и пузырьки двигаются в одном направлении. Противоточный тип – вода и пузырьки двигаются в противоположных направлениях. Этот тип флотации, в настоящее время, наиболнн распространен.
Диатомовая система фильтрации
Применяется для очистки воды от особо мелких частиц. В качестве фильтрующего элемента используется диатомовая земля, получаемая размельчением панцирей диатомей (это микроскопические водоросли), отсюда и название. Диатомовый фильтр снабжен насосом, достаточно мощным, чтобы преодолеть сопротивление фильтра.
Осмотический тип фильтрации
Осмотические фильтры оснащены мембранами, пропускающими, практически, только молекулы воды. Все остальное ими отсеивается. Естественно, чтобы вода протекала сквозь мембрану, необходимо с обратной стороны поддерживать сильное давление. Фильтры достаточно быстро загрязняются, поэтому требуют постоянного внимания.
Деионизационный принцип фильтрации воды
Принцип работы этих фильтров заключается в том, что положительно заряженный ион водорода Н+ соединяется с отрицательным ионом ОН-, с помощью химически активных реагентов. В результате получаем молекулу воды. Этот процесс идет, пока в ионосодержащей смоле есть достаточное количество ионов. Затем смолу меняют.
Внутренний фильтр очистки воды
Название фильтра говорит о его местоположении – этот фильтр располагается внутри аквариума. Это значительно сокращает длину и количество коммуникаций. Как правило, подобный фильтр состоит из насоса (в герметичном исполнении), и фильтрующего элемента (бокса, бачка, и т.д.), сквозь который насос прокачивает воду. В качестве фильтрующего элемента часто используют поролон, но не простой, а водостойкий. В основном он выполняет задачи механической очистки воды от примесей. Фильтр также может выполнять задачи и биологической, и химической фильтрации. Кроме того, он может использоваться для аэрации воды. Какая из функций является основной, решается в конкретной ситуации. Поскольку внутренние фильтры обладают небольшой производительностью (до 1200 лч) и объемом фильтрующего элемента (700 кв.см.), то используются в аквариумах объемом до 200 литров.
Принцип работы внутреннего фильтра заключается в следующем. Вода из выходного сопла фильтра направляется по стенкам аквариума и создает круговой поток воды, конечно, не слишком сильный, водоворота нам не надо. Вода с частичками грязи засасывается в фильтр и очищается и затем вновь поступает в аквариум.
О производительности фильтра. Для достижения биологического равновесия необходима производительность 1,5-2 объема аквариума в час. Ну, и конечно, эффективность фильтра зависит от объема фильтрующего материала.
Разновидности внутренних фильтров
Внутренний фильтр с эрлифтом
Это один из простейших по конструкции фильтров. Он состоит из трубки и куска поролона, к которому подведен шланг от микрокомпрессора. Поролон выполняет механическую очистку воды. Производительность таких фильтров не очень большая, поэтому их чаще использую в аквариумах для выращивания молоди.
Внутренние фильтры с насосом
Принцип работы такой же. Насосом вода закачивается в фильтр и пропускается через фильтрующий материал. Такие фильтры необходимо подбирать с осторожностью, поскольку фильтр с избыточной мощностью может превратить аквариум в бурлящее море. Регулировки напора воды из выходного сопла имеются, но диапазон регулировки небольшой.
Внутренние биофильтры
Данный тип фильтров очищает воду, как механическим способом, так и биологическим. Фильтр поделен на несколько камер, в которых находятся различные фильтрующие материалы: поролон, капроновая вата, активированный уголь, керамический наполнитель.
Вода, которая проходит этот лабиринт, лишает всех механических взвесей, теряет запах, цвет, избавляется от гуминов, фенолов, хлораминов, соединений азота, и еще многого другого, что портит жизнь растениям и рыбкам в аквариуме.
Внутренние фильтры-помпы
Достоинства этих фильтров компактность и высокая производительность. Для аквариума подбираются фильтры способные за час перекачать не менее одного объема аквариума, а то и больше.
Донные фильтры
Поскольку они располагаются на дне аквариума, но и отнести их надо к внутренним фильтрам. И устанавливать его лучше в самом начале, пока вы еще не начали эксплуатировать аквариум.
Конструкция фильтра проста, но громоздка. Нижняя платина представляет собой перфорированную конструкцию для прохода воды. Устанавливается на 2-3 см от дна аквариума. Сверху насыпается грунт – диаметр частиц 2-4 мм, толщина слоя 5 см. С помощью помпы организуется поток воды. Он может быть как прямым, так и обратным. В качестве фильтра выступает грунт.
Сначала он выполняет механическую фильтрация, а затем, когда в нем поселятся полезные бактерии, то и биологическую.
Внешние фильтры для аквариума
Как вы понимаете, данные фильтры располагаются вне аквариума. По способу фильтрации они могут быть самыми разнообразными (способы фильтрации рассмотрены выше). Но, поскольку данные фильтры располагаются вне аквариума, то нет необходимости отбирать пространство аквариума у рыб и растений, и поэтому внешние аквариумы могут достаточно большими, хотя это и не правило. Во внешних фильтрах чаще совмещают несколько способов фильтрации, хотя, опять же, они могут выполнять только один вид фильтрации. Какие фильтры использовать вам в вашем аквариуме, решать вам.
Подробно все виды внешних фильтров мы описывать не будем, но на некоторых тонкостях некоторых фильтров остановимся.
Внешний биофильтр
Основой этого фильтра является субстрат, на котором размножается колония бактерий.
фективность данного фильтра зависит от площади субстрата (чем больше, тем лучше), равномерное орошение водой, подвергаемой очистке, нахождение в герметичном отсеке, чтобы поддерживалась постоянная влажность. Располагают фильтр на уровне поверхности воды, и она самоливом поступает в фильтр, а удаляется помпой. При выборе этого типа фильтра необходимо обратить внимание на производительность помпы, качество и объем биоматериала, конструкцию фильтра.
Используемые материалы в биофильтрах:
— пористые губки;
— керамические трубки;
— субстраты для размножения колоний бактерий;
— гранулированный уголь.
Деление внешних фильтров по исполнению
Канистровые фильтры
Состоят из насоса, расположенного в верхней съемной части фильтра, и канистры, где находится фильтрующее вещество или материал. Располагаются они ниже аквариума, и вода в них поступает самотеком, а удаляется с помощью насоса.
Фильтры-водопады
Они крепятся на стенке аквариума снаружи, насос закачивает воду в фильтр, и после очищения свободно падает в аквариум, образуя своеобразный водопад.
Критерии при покупке фильтра
Идеальный фильтр должен быть таким:
— бесшумным;
— быстро и качественно очищать воду;
— надежным (не ломаться);
— простым в установке;
— легко подвергаться очистке;
— ну и, конечно, не стоить как «Мерседес», т.е. быть доступным для покупки среднестатистическим аквариумистом.
Будет ли он внешним или внутренним, собственно, не играет никакой роли, это всего лишь выбор эстетического вида аквариума. Главное – это производительность насоса и объем фильтрующей среды, соответствующие объему аквариума и количеству его обитателей. Оптимальная производительность насоса – перекачивание объема аквариума за один час. Конечно, неплохо, чтобы имелся запас прочности, на случай если вы решите установить более объемный аквариум. Но в этом случае производительность насоса должна регулироваться.
Поскольку фильтры работают круглосуточно, надежность фильтра является важным параметром. Если насос выйдет из строя, а вы вовремя этого не заметите, то вместо полезных бактерий, особенно это касается биофильтров, начнут размножаться болезнетворные бактерии, которые могут нанести непоправимый урон вашим обителям аквариума.
Уход за фильтрами для очистки в аквариуме
Как и любое устройство, фильтры нуждаются в периодической чистке. Обычно производитель указывает эту периодичность, но при выборе момента для чистки, надо учитывать как интенсивно «трудились» ваши фильтры. Возможно, этот период придется сократить. Если у вас многофункциональный фильтр, не чистите их все сразу. Тем самым вы откроете «врагам» ворота в аквариум. Даже поролоновые фильтры чистят частями, чтобы в прочищенной части возобновился рост полезных бактерий, отвечающих за нитрификацию воды. Керамику промывают частями, с интервалом в три месяца.
строительство-отделка-ремонт.рф
Как выбрать
Чтобы подобрать фильтр для рыб нужно обратить внимание на 2 основных свойства.
Мощность
Производительность указывают на упаковке — это объем воды, который устройство пропускает через себя за 1 час. Там же описаны габариты аквариумов, с которыми справляется устройство. Например, на 100 л аквариум подойдёт аппарат, перегоняющий 1 тыс. литров в час.
Цена
Самая высокая цена у китайских производителей. Они долговечны и бесперебойны в работе. Средние по цене — германские производители.
Какие бывают
Аквариумные фильтры отличаются по размеру, производительности и устройству. Вид фильтра для аквариума подбирается в зависимости от объёма резервуара. Разновидности отличаются между собой по следующим факторам.
По типу фильтрации
Механические
При механической фильтрации вода проходит через специальный наполнитель, в котором частички мусора остаются в порах губки или мелкой сетки. В инструкции к аппарату указывается частота смены фильтрующего элемента.
Химические
Химическая фильтрация основывается на очистке воды с помощью активированного угля, который обладает специальными свойствами, помогающими очистить жидкость от нитратов, аммиака и других вредных примесей. Этот метод является эффективным, но стоит быть аккуратным. Через несколько дней требуется поменять фильтр, так как чрезмерное накопление в нём химических элементов приводит к их обратному выбросу в резервуар.
Биологические
Биологическая фильтрация выполняется благодаря специальным бактериям, находящимся в грунте. Приобретаются наполнители, на которых образуются колонии полезных микроорганизмов. Они очищают воду от токсинов и других вредных примесей.
По способу установки
Внутренние
Внутренние аквариумные устройства устанавливаются напрямую в резервуар. Крепятся при помощи специальных присосок на стенки водоёма. Фильтрующими элементами являются губка или поролон.
Недостатком является габариты аппарата. Он занимает немалую площадь в резервуаре. В процессе работы используется механический тип очистки. Удобный и надёжный в работе. При выборе фильтра для аквариума чаще выбирают внутренние приборы.
Внешние
Внешние аппараты используют опытные аквариумисты. Устанавливается на наружную стенку аквариума или стоящую рядом тумбочку. В механизме находятся несколько отсеков, позволяющих устанавливать разные виды очистителей. Оснащён двумя трубками. Обе находятся в воде. Одна откачивает грязную воду, через вторую поступает очищенная жидкость обратно в резервуар.
К внешним фильтрам относится также подвид – канистровый.
Он поддерживает сразу три типа фильтрации. Устанавливается вертикально на пол. Предназначен для аквариумов объёмом от 200 литров. Подходит для морских и пресноводных аквариумов. При использовании требуется обратить внимание на герметичность крепежа трубок отвода и подачи воды. Со временем подкладки изнашиваются и жидкость начинает протекать на пол.
Подробнее о том, как можно сделать внешним фильтр своими руками и какие ещё виды бывают, мы рассматриваем в отдельной статье.
Донный
В донном очистительные трубки устанавливаются на дно резервуара. Сверху накрываются слоем грунта. Процесс очистки начинается от нижнего фильтра и впоследствии проходит через грунт. Таким образом, вода очищается дважды. Использование этого способа помогает предотвратить закисание грунта.
Минусом является сложная система установки и невысокая производительность. Чаще используется в резервуарах с большим объёмом.
Лучшие внутренние
Стоит ещё раз отметить, что под каждый аквариум наилучший фильтр стоит подбирать в зависимости от параметров аквариума или предпочтений аквариумиста, но мы постарались подобрать наиболее популярные модели.
- Мощный фильтр EHEIM Classic. Немецкая компания EHEIM производит мощные и бесшумные модели. Они надёжны и долговечны в использовании. Подойдёт для пресноводных и морских аквариумов с большим объёмом. Среди минусов выделяется высокая цена.
- Tetra tetratec. Немецкая компания Tetra, кроме корма, выпускает водоочистительные фильтры. Они отличаются приемлемой ценой и хорошим качеством. Устройства этой марки являются лучшими фильтрами для аквариума на рынке. Фирма выпускает модель tetra tetratec, которая подходит для любого резервуара объёмом до 500 литров.
- Aquael minikani. Кампания Aquael выпускает хорошие фильтры, которые подойдут для малых резервуаров. Модель aquael minikani отличается надёжностью и простотой использования. Оборудован фильтрационным материалом большого объёма. Модели этой кампании занимают ведущие места в рейтинге водоочистителей.
Зачем нужна очистка
В дикой природе реки очищаются естественным способом при помощи течения. Для домашних резервуаров приемлема искусственная фильтрация воды в аквариуме. От этого элемента зависит жизнь питомцев и водорослей.
Некоторые виды рыбок не переносят грязную воду, поэтому, кроме естественной очистки жидкости, улитками и растениями должна быть установлена дополнительная система фильтрации. Это поможет также внести в аквариум большое количество кислорода. Для очистки воды используются аппараты различной мощности и габаритов. Зависит от объёма резервуара. При малых габаритах действие проводится при участии фильтрующих бактерий. Они осуществляют процесс нитрификации — разложения аммиака на неядовитые частицы.
Особенности использования
Многим аквариумистам по инструкции не всегда понятен процесс установки и настройки, но изучить это необходимо, т. к. фильтрация воды в аквариуме должна быть бесперебойной.
Установка
Внутренний водоочиститель устанавливается на стенку резервуара при помощи присосок. Аппарат не должен касаться дна. К устройству крепятся шланги. Один конец устанавливается на механизм, а другой выводится наружу для подачи кислорода. Далее, устройство подключается к сети. При помощи заслонки регулируется мощность водоочистителя.
Внешний водоочиститель крепится на наружную стенку. Далее, принцип установки такой же, как и в предыдущем типе.
Донные водоочистители устанавливаются под грунт. Перед этим требуется слить воду.
Эксплуатация
Внутренние фильтры нуждаются в замене наполнителя. В нём скапливается биомусор резервуара. Частота смены зависит от продолжительности использования и нагрузки на устройство.
В химических — раз в несколько недель нужно заменять уголь. Восстановить его в домашних условиях невозможно, поэтому новый наполнитель требуется покупать в зоомагазинах.
Внешние очистители также необходимо очищать раз в несколько недель. Использованный материал не пригоден для вторичного использования, поэтому его нужно заменять новым.
После продолжительного срока работы механизм необходимо очистить от примесей и других вредных элементов.
Заключение
При выборе аквариумного фильтра для воды требуется учесть объем резервуара, а также его обитателей. Некоторые виды экзотических рыбок любят спокойную стоячую воду. Регулярная очистка поможет аппарату прослужить долгое время. Помимо фильтрации, требуется иногда менять воду в аквариуме.
rybkies.ru
Фильтрация воды одна из главных задач благодаря которой в вашем аквариуме поддерживаются благоприятные условия для содержания и роста рыб. В этой статье подробно рассказывается о типах фильтров для очистки присутствующих на современном рынке и об их эффективности. Также немаловажным отличием является их цена в зависимости от типа.
Наиболее распространенными на данный момент являются 3 типа фильтров:
- Донные
- Внутренние
- Внешние (канистровые)
Наиболее бюджетным, а потому и самым распространенным вариантом являются внутренние фильтры. Они представляют из себя насос перегоняющий воду через фильтрующий материал, объединенный с ним в одном корпусе. В качестве фильтрующего материала в них используются поролоновые губки.
При загрязнении достаточно просто промыть губку под краном и снова вставить в фильтр. Блок фильтра целиком погружается в воду и крепится на присосках к стенке аквариума. Если вас смущает внешний вид фильтра в аквариуме — можно просто прикрыть его корягой. Этот тип фильтра прост в обращении и не потребует больших усилий для его очистки. Он очищает воду только от продуктов жизнедеятельности и видимых загрязнителей. Ядовитые вещества и лекарственные препараты выводить из воды он не может.
Следующий тип фильтров — донный. Он имеет некоторые преимущества по сравнению с внутренними. Донный фильтр создает циркуляцию воды в грунте, тем самым создавая полезную микрофлору в грунте. Есть у него и недостатки, основной из которых это необходимость выбора правильной фракции грунта.
Вода должна спокойно проникать сквозь грунт задерживая крупные частицы. Ещё одним минусом донного фильтра является необходимость очистки грунта по крайней мере 2 раза в год. Существуют 2 типа подачи воды в донном фильтре.
В первом случае вода после стадии очистки подается в грунт выходя в верхние слои аквариума.
Во втором случае грязная вода из аквариума всасывается донным фильтром через грунт.
Третий тип фильтров — это внешние канистровые фильтры. Эти фильтры имеют возможность наполнения различными фильтрующими элементами для создания хорошей очистки воды. Наиболее распространен как наполнитель активированный уголь. Он помогает сделать воду в аквариуме кристально чистой, но не стоит забывать что это всего лишь иллюзия, так как активированный уголь не выводит из воды такие вредные вещества как аммиак и нитриты.
Внешние фильтры обычно располагают рядом с аквариумом. Их цена намного выше чем у остальных типов, но качество фильтраций самое лучшее (при использовании наполнителей для биофильтрации).
К внешним типам фильтров относится фильтр водопад. Это не герметичный фильтр, который вешается на одну из стенок аквариума, а большая его часть находится с наружней стороны. С внутренней стороны аквариума располагается только трубка для забора воды, вода из неё поступает во внутренние отсеки фильтра, а затем через широкий желобок обратно в аквариум. В самом фильтре присутствуют обычно 2 отсека для фильтрующих материалов. В них можно поместить фильтровальную губку, активированный уголь, керамические кольца, в общем все что пожелаете.
К преимуществам данного типа можно отнести следующее:
- невысокая цена
- возможность использования нескольких видов наполнителей одновременно
- высокая производительность и легкость в обслуживании.
К недостаткам можно отнести повышенный шум воды вызванный конструктивной особенностью фильтров и активное испарение воды из желобка фильтра в процессе работы.
aquariuma.net
Биологическая очистка воды
Биологическая очистка воды включает важнейшие процессы, происходящие в замкнутых аквариумных системах Под биологической очисткой будем понимать минерализацию, нитрификацию и диссимиляцию соединений, содержащих азот, бактериями, обитающими в толще воды, гравий и детрите фильтра. Организмы, выполняющие эти функции, всегда присутствуют в толще фильтра. В процессе минерализации и нитрификации азотосодержащие вещества переходят из одной формы в другую, однако азот остается в воде. Удаление азота из раствора происходит только в процессе денитрификации (см. раздел 1.3).
Биологическая фильтрация является одним из четырех способов очистки воды в аквариумах. Три других способа – механическая фильтрация, физическая адсорбция и дезинфекция воды – рассматриваются ниже.
Схема очистки воды показана на рис. 1.1., а круговорот азота в аквариуме, включающий процессы минерализации, нитрификации и денитрификации, — на рис. 1.2.
Место биологической очистки в процессе очистки воды
Рис. 1.1. Место биологической очистки в процессе очистки воды. Слева направо – биологическая очитка, механическая фильтрация, физическое осаждение, дезинфекция.
Круговорот азота в аквариумных замкнутых системах
Рис. 1.2. Круговорот азота в аквариумных замкнутых системах.
1.1.Минерализация.
Гетеротрофные и автотрофные бактерии – основные группы микроорганизмов, обитающие в аквариумах.
Примечание не из книги автора.
Гетеротрофы (др.греч.— «иной», «различный» и «пища») — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, то есть произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения. По способу получения пищи делятся на две противопоставляемые группы: голозойных (животные) и голофитных или осмотрофных (бактерии, многие протисты, грибы, растения).
Автотрофы (др.греч. — сам + пища) — организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например, одноклеточная водоросль эвглена зелёная на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом.
Иногда понятия «автотрофы» и «продуценты», а также «гетеротрофы» и «консументы» ошибочно отождествляют, однако они не всегда совпадают. Например, синезеленые (Cyanea) способны и сами производить органическое вещество с использованием фотосинтеза, и потреблять его в готовом виде, причём разлагая до неорганических веществ. Следовательно, они являются продуцентами и редуцентами одновременно.
Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды и воздуха. При этом почти всегда источником углерода является углекислый газ. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.
Гетеротрофные виды утилизируют органические азотосодержащие компоненты выделений водных животных в качестве источника энергии и превращают их в простые соединения, например аммоний (термин «аммоний» относится к сумме ионов аммония (NH4+) и свободного аммиака (NH3), определяемых аналитическим путем, как NH4-N). Минерализация этих органических веществ – первый этап биологической очистки.
Минерализация азотсодержащих органических соединений может начинаться с расщепления белков и нуклеиновых кислот и образования аминокислот и органических азотистых оснований. Дезаминирование – это процесс минерализации, в ходе которого отщепляется аминогруппа с образованием аммония. Предметом дезаминации может служить расщепление мочевины с образованием свободного аммиака (NH3).
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Подобная реакция может идти чисто химическим путем, однако дезаминирование аминокислот и сопутствующих им соединений требует участия бактерий.
1.2. Нитрификация воды.
После того как органические соединения переведены гетеротрофными бактериями в неорганическую форму, биологическая отчистка вступает в следующую стадию, получившую название «нитрификация». Под этим процессом понимают биологическое окисление аммония до нитритов (NO2-, определяемых как NO2-N) и нитратов (NO3, определяемых в виде NO3-N). Нитрификация осуществляется главным образом автотрофными бактериями. Автотрофные организмы в отличие от гетеротрофных способны усваивать неорганический углерод (главным образом СО2) для построения клеток своего организма.
Автотрофные нитрифицирующие бактерии в пресноводных, солоноватоводных и морских аквариумах представлены в основном родами Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляет аммоний до нитритов, а Nitrobacter – нитриты до нитратов.
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Обе реакции идут с поглощением энергии. Смысл уравнений (2) и (3) заключается в превращении токсичного аммония в нитраты, которые гораздо менее ядовиты. Эффективность процесса нитрификации зависит от следующих факторов: наличия токсикантов в воде, температуры, содержания растворенного в воде кислорода, солености и площади поверхности фильтра.
Токсичные вещества. При определенных условиях многие химические вещества подавляют нитрификацию. При добавление в воду эти вещества либо подавляют рост и размножение бактерий, либо нарушают внутриклеточный обмен бактерий, лишая их способности к окислению.
Коллинз с соавторами (Collins et al., 1975, 1976), а также Левайн и Мид (Levine and Meade, 1976) сообщали, что многие антибиотики и другие средства, применяемые для лечения рыб, не влияли на процессы нитрификации в пресноводных аквариумах, в то время как другие оказывались в разной степени токсичными. Параллельные исследования в морской воде не проводились, а приведенные результаты не следует распространять на морские системы.
Приведенные в трех указанных работах данные представлены в табл. 1.1. Результаты исследований не вполне сопоставимы из-за различий в применявшихся методиках.
Таблица 1.1. Влияние терапевтических норм растворенных антибиотиков и лечебных препаратов на нитрификацию в пресноводных аквариумах (Collins et al., 1975, 1976, Levine and Meade, 1976).
Влияние терапевтических норм растворенных антибиотиков и лечебных препаратов на нитрификацию в пресноводных аквариумах
Коллинз с соавторами изучал влияние лекарственных препаратов в пробах воды, взятых непосредственно из работающих бассейнов с биофильтрами, где содержалась рыба. Левайн и Мид использовали для опытов чистые бактериальные культуры. Примененные ими методы, по-видимому, отличались более высокой чувствительностью по сравнению с обычными. Так, в их опытах формалин, малахитовый зеленый и нифурпиринол обладали средней токсичностью для нитрифицирующих бактерий, в то время как Коллинз с соавторами показал безвредность тех же препаратов. Левайн и Мид полагали, что расхождения связаны с более высоким содержанием автотрофных бактерий в чистых культурах и порог инактивации был бы выше в присутствии гетеротрофных бактерий и при более высокой концентрации растворенных органических веществ.
Из данных табл. 1.1. видно, что эритромицин, хлоротетрациклин, метиленовый синий и сульфаниламид обладают четко выраженной токсичностью в пресной воде. Наиболее токсичным среди изучавшихся веществ оказался метиленовый синий. Результаты полученные при испытании хлорамфеникола и перманганата калия, противоречивы.
И Коллинз с соавторами и Левайн и Мид сходятся в том, что сульфат меди существенно не подавляет нитрификацию. Возможно, это результат связывания свободных ионов меди с растворенными органическими соединениями. Томлинсон и другие (Tomlinson et al., 1966) обнаружили, что ионы тяжелых металлов (Cr, Cu, Hg) гораздо сильнее воздействуют на Nitrosomonas в чистой культуре, чем в активном иле. Они предположили, что это объясняется образованием химических комплексов между ионами металлов и органическими веществами. Длительное воздействие тяжелых металлов более эффективным, чем кратковременное, по-видимому, из-за того, что адсорбционные связи органических молекул были полностью использованы.
Температура. Многие виды бактерий могут переносить значительные колебания температуры, хотя их активность временно уменьшается. Период адаптации, называемый временной температурной инактивацией (ВТИ), часто проявляется при резких изменениях температуры. Обычно ВТИ заметна при резком охлаждении воды; повышении температуры, как правило, ускоряет биохимические процессы и поэтому период адаптации может остаться незамеченным. Срна и Баггали (Srna and Baggaley, 1975) изучали кинетику нитрификационных процессов в морских аквариумах. Повышение температуры всего на 4 градуса Цельсия приводило к ускорению окисления аммония и нитритов на 50 и 12% соответственно по сравнению с исходным уровнем. При снижении температуры на 1 градус Цельсия скорость окисления аммония уменьшалась на 30%, а при понижении температуры на 1,5 градуса Цельсия скорость окисления нитритов уменьшалась на 8% по сравнению с исходными условиями.
pH воды. Каваи др. (Kawai et al., 1965) обнаружили, что при pH менее 9 нитрификация в морской воде подавляется сильнее, чем в пресной. Они объяснили это пониженным природным pH в пресной воде. По данным Секи (Saeki, 1958), окисление аммония в пресноводных аквариумах при снижении pH подавляется. Оптимальное значение pH для окисления аммония 7,8 для окисления нитритов 7,1. Оптимальным диапазоном pH для процесса нитрификации Секи считал 7,1-7,8. Срна и Баггали показали, что морские бактерии-нитрификаторы были наиболее активны при pH 7,45 (диапазон 7-8,2).
Растворенный в воде кислород. Биологический фильтр можно сравнить с огромным дышащим организмом. При правильной работе он потребляет значительное количество кислорода. Потребности водных организмов в кислороде измеряются в единицах БПК (биологическое потребление кислорода). БПК биологического фильтра частично зависит от нитрификаторов, но в основном оно обусловлено активностью гетеротрофных бактерий. Хараяма (Hirayama, 1965) показал, что при высоком биологическом потреблении кислорода активно действовала многочисленная популяция нитрификаторов. Он пропускал морскую воду через слой песка действующего биологического фильтра. Перед фильтрованием содержание кислорода в воде составляло 6,48мг/л, после прохождения слоя песка толщиной 48см. оно снизилось до 5,26мг/л. В тоже время, содержание аммония снизилось с 238 до 140 мг.экв./л., а нитритов – с 183 до 112 мг.экв./л.
В фильтровальном слое присутствуют как аэробные (для жизни необходим О2), так и анаэробные бактерии (не используют О2), однако в хорошо аэрируемых аквариумах преобладают аэробные формы. В присутствии кислорода рост и активность анаэробных бактерий подавляются, поэтому нормальная циркуляция воды через фильтр сдерживает их развитее. Если содержание кислорода в аквариуме снижается, происходит либо увеличение численности анаэробных бактерий, либо переход от аэробного дыхания к анаэробному. Многие продукты анаэробного обмена токсичны. Минерализация может происходить и при пониженном содержании кислорода, но механизм и конечные продукты в этом случае другие. В анаэробных условиях этот процесс идет скорее как ферментативный, чем как окислительный, с образованием вместо азотистых оснований органических кислот, двуокиси углерода и аммония. Эти вещества наряду с сероводородом, метаном и некоторыми другими соединениями придают задыхающемуся фильтру гнилостный запах.
Соленость. Многие виды бактерий способны обитать в водах, ионный состав которых значительно колеблется, при условии, что изменения солености будут происходить постепенно. ЗоБелл и Миченер (ZoBell and Michener, 1938) обнаружили, что большинство бактерий, выделенных из морской воды в их лаборатории, можно выращивать и в пресноводной воде. Многие бактерии перенесли даже прямую пересадку. Все 12 видов бактерий, считавшихся исключительно «морскими», были успешно переведены в пресноводную воду путем постепенного разбавления морской водой (каждый раз добавляли по 5% пресной воды).
Бактерии биологического фильтра очень устойчивы к колебаниям солености, хотя, если эти изменения значительны и внезапны, активность бактерий подавляется. Срна и Баггали (Srna and Baggaley, 1975) показали, что снижение солености на 8% и повышение на 5% не оказали влияния на скорость нитрификации в морских аквариумах. При нормальной солености воды в морских аквариумных системах нитрифицирующая активность бактерий была максимальной (Kawai et al., 1965). Интенсивность нитрификации уменьшалась как при разбавлении, так и при увеличении концентрации раствора, хотя некоторая активность сохранялась даже после повышения солености воды вдвое. В пресноводных аквариумах активность бактерий была максимальной перед добавлением хлористого натрия. Сразу после того, как соленость сравнялась с соленостью морской воды, нитрификация прекратилась.
Есть данные о том, что соленость влияет на скорость нитрификации и даже на количество конечных продуктов. Кул Манн (Kuhl and Mann, 1962) показали, что нитрификация протекала быстрее в пресноводных аквариумных системах, чем в морских, хотя нитритов и нитратов больше образовалось в последних. Каваи и др. (Kawai et al., 1964) получили сходные результаты, которые представлены на рис. 1.3.
Численность бактерий фильтрационного слоя в малых пресноводных и морских аквариумных системах через 134 дня
Рис. 1.3. Численность бактерий фильтрационного слоя в малых пресноводных и морских аквариумных системах через 134 дня (Kawai et al., 1964).
Площадь поверхности фильтра. Каваи и др. обнаружили, что концентрация бактерий нитрификаторов в фильтре в 100 раз выше, чем в протекающей через него воде. Это доказывает важность величины контактной поверхности фильтра для процессов нитрификации, поскольку она обеспечивает возможность прикрепления бактерий. Наибольшую площадь поверхности фильтрующего слоя в аквариумах обеспечивают частицы гравия (грунта), причем процесс нитрификации происходит в основном в верхней части гравийного фильтра, как показано на рис. 1.4. Каваи и др. (1965) определили, что 1 грамме песка из верхнего слоя фильтра в морских аквариумах содержится 10 в 5-й степени бактерий – окислителей аммония 10 в 6-й степени – окислителей нитратов. На глубине всего 5 см. число микроорганизмов обоих типов снижалось на 90%.
Концентрация и активность нитрифицирующих бактерий на разной глубине фильтра в морском аквариуме
Рис. 1.4. Концентрация (а) и активность (б) нитрифицирующих бактерий на разной глубине фильтра в морском аквариуме (Yoshida, 1967).
Форма и размер частиц гравия также важны: мелкие зерна имеют большую поверхность для прикрепления бактерий, чем такое же количество по массе крупного гравия, хотя очень мелкий гравий нежелателен, так как он затрудняет фильтрацию воды. Зависимость между размерами и площадью их поверхности легко продемонстрировать на примерах. Шесть кубиков массой по 1 гр. Имеют в общей сложности 36 единиц поверхности, в то время как один кубик массой 6 гр. Имеет только 6 поверхностей, каждая из которых больше отдельной поверхности малого кубика. Общая площадь шести однограммовых кубиков в 3,3 раза больше площади поверхности одного 6-граммового кубика. По данным Секи (Saeki, 1958), оптимальный размер частиц гравия (грунта) для фильтров это 2-5 мм.
Угловатые частицы имеют большую поверхность, чем округлые. Шар имеет минимальную площадь поверхности на единицу объема по сравнению со всеми остальными геометрическим формами.
Накопление детрита (Термин «детрит» (от лат. detritus — истёртый) имеет несколько значений: 1. Мёртвое органическое вещество, временно исключенное из биологического круговорота элементов питания, которое состоит из останков беспозвоночных животных, выделений и костей позвоночных животных и др.; 2. совокупность мелких неразложенных частиц растительных и животных организмов или их выделений, взвешенных в воде или осевших на дно водоёма) в фильтре обеспечивает дополнительную поверхность и улучшает нитрификацию. Согласно данным Секи 25% нитрификации в аквариумных системах приходится на долю бактерий, населяющих детрит.
1.3. Диссимиляция
Процесс нитрификации приводит к высокой степени окисления неорганического азота. Диссимиляция, «азотное дыхание», или процесс восстановления, развивается в противоположном направлении, возвращая конечные продукты нитрификации к низкой степени окисления. В перерасчете на общую активность окисление неорганического азота значительно превосходит его восстановление, и нитраты накапливаются. Помимо диссимиляции, которая обеспечивает выделение части свободного азота в атмосферу, неорганический азот может быть удален из раствора путем регулярной замены части воды в системе, за счет усвоения высшими растениями или при помощи ионообменных смол. Последний способ удаления свободного азота из раствора применим только в пресноводной воде (см. раздел 3.3).
Диссимиляция – преимущественно анаэробный процесс, который идет в слоях фильтра, испытывающих дефицит кислорода. Бактерии – денитрификаторы, обладающие восстановительной способностью, обычно либо полные (облигатные) анаэробы, либо аэробы, способные переходить на анаэробное дыхание в бескислородной среде. Как правило, это организмы-гетеротрофы, например некоторые виды Pseudomonas, могут восстанавливать ионы нитратов (NO3-) в условиях дефицита кислорода (Painter, 1970).
При анаэробном дыхании бактерии-диссимиляторы усваиваю окись азота (NO3-) вместо кислорода, восстанавливая азот до соединения с низким окислительным числом: нитритов, аммония, двуокиси азота (N20) или свободного азота. Состав конечных продуктов определяется видом бактерий, участвующих в восстановительном процессе. Если неорганический азот восстанавливается полностью, то есть до N2O или N2, процесс диссимиляции называют денитрификацией. В полностью восстановленном виде азот может быть удален из воды и выделен в атмосферу, если его парциальное давление в растворе превышает его парциальное давление в атмосфере. Таким образом, денитрификация в отличие от минерализации и нитрификации снижает уровень неорганического азота в воде.
1.4. «Сбалансированный» аквариум.
«Сбалансированный аквариум» — это такая система в которой активность бактерий, населяющих фильтр, уравновешена с количеством поступающих в раствор органических энергетических веществ. По уровню нитрификации можно судить о «сбалансированности» и пригодности новой аквариумной системы для содержания водных организмов – гидробионтов. Вначале лимитирующим фактором является высокое содержание аммония. Обычно в тепловодных (выше 15 градусов Цельсия) аквариумных системах оно снижается спустя две недели, а в холодноводных (ниже 15-ти градусов) – за более длительный срок. Аквариум может быть готов к приему животных в течении первых двух недель, но он еще не совсем уравновешен, поскольку многие важные группы бактерий еще не стабилизировались. Каваи и др. описали состав популяции бактерий морской аквариумной системы.
1. Аэробные. Их число за 2 недели после посадки рыбы увеличилось в 10 раз. Максимальная численность – 10 в восьмой степени организмов в 1гр. Песка фильтра – отмечена спустя две недели. Спустя три месяца популяция бактерий стабилизировалась на уровне 10 в седьмой степени экземпляров на 1гр. Песка фильтра.
2. Бактерии, разлагающе белок (аммонификаторы).Первоначальная плотность (10 в 3 степени экз./гр) возросла в 100 раз за 4-е недели. Через три месяца популяция стабилизировалась на уровне 10 в 4 степени экз./гр. Столь резкое увеличение численности этого класса бактерий было вызвано внесением корма (свежей рыбы), богатого белком.
3. Бактерии, разлагающие крахмал (углеводы). Начальная численность составляла 10% общего числа бактерий в системе. Затем она постепенно возросла, а через четыре недели начала снижаться. Популяция стабилизировалась спустя три месяца на уровне 1% общей численности бактерий.
4. Бактерии-нитрификаторы. Максимальная численность бактерий, окисляющих нитриты, отмечалась через 4 недели, а «нитратных» форм – через восемь недель. Спустя 2 недели «нитритных» форм было больше, чем «нитратных». Численность стабилизировалась на уровне 10 в 5 степени и 10 в 6 степени экз. соответственно. Существует разница во времени между снижением содержания аммония в воде и окислением в начале нитрификации, обусловленная тем, что рост Nitrobacter падавлен присутствием ионов аммония. Эффективное окисление нитритов возможно лишь после того, большая часть ионов будет преобразована Nitrosomonas. Сходным образом максимум нитритов в растворе должен проявляться до начала накопления нитратов.
Высокое содержание аммония в новой аквариумной системе может быть вызвано нестабильностью численности автотрофных и гетеротрофных бактерий. В начале работы новой системы рост гетеротрофных организмов превышает рост автотрофных форм. Много аммония, образовавшегося в процессе минерализации, усваивается некоторыми гетеротрофами. Другими словами, четко разграничить гетеротрофную и автотрофную переработку аммония невозможно. Активное окисления бактериями-нитрификаторами проявляется только после сокращения и стабилизации численности гетеротрофных бактерий (Quastel and Scholefield, 1951).
Численность бактерий в новом аквариуме имеет значение только до тех пор, пока она не стабилизируется для каждого типа. Впоследствии колебания в поступлении энергетических веществ компенсируются увеличением активности обменных процессов в отдельных клетках без увеличения их общей численности.
В исследованиях Квастела и Шоулфилда (Quastek and Sholefild, 1951) и Срны и Баггалия показано, что плотность популяции нитрифицирующих бактерий, населяющих фильтр определенной площади, относительно постоянна и не зависит от концентрации поступающих энергетических веществ.
Общая окислительная способность бактерий в сбалансированном аквариуме тесно связана с ежедневным поступлением окисляемого субстрата. Внезапное увеличение численности выращиваемых животных, их массы, количества вносимых кормов приводит к заметному возрастанию содержания аммония и нитритов в воде. Такое положение сохраняется до тех пор, пока бактерии не адаптируются к новым условиям.
Продолжительность периода повышенного содержания аммония и нитритов зависит от величины дополнительной нагрузки на перерабатывающую часть водной системы. Если она находится в пределах максимальной производительности биологической системы, равновесие в новых условиях в теплой воде обычно восстанавливается через три дня, а в холодной воде – значительно позднее. Если дополнительная нагрузка превышает возможности системы, содержание аммония и нитритов будет постоянно возрастать.
Минерализация, нитрификация и денитрификация – процессы, протекающие в новом аквариуме более или менее последовательно. В установившейся – стабильной системе они идут почти одновременно. В сбалансированной системе содержание аммония (NH4-N) составляет менее 0,1 мг/л, а все улавливаемы нитриты – результат денитрификации. Упомянутые процессы идут согласованно, без отставания, поскольку все поступающие энергетические вещества быстро усваиваются.
1.5 Устройство донного фильтра — грунта.
Устройство гравийных (грунтовых) фильтров предшествуют определение общих параметров, подготовка фильтровальной платы и расчет эрлифта. Устройство эрлифтов рассмотрено в разделе 5.1.
Основные требования. Гравийные фильтры полностью обеспечивают биологическую и механическую очистку воды, необходимую для большинства даже очень больших аквариумных систем, поэтому требования к биологической и механической очистке одинаковы и заключаются в следующем: площадь поверхности фильтра должна быть равна площади аквариума, размеры частиц гравия должны составлять 2-5 мм., гравий должен быть отсортирован по размерам частиц, толщина фильтрующего слоя должна быть одинаковой по всей площади фильтра, частицы гравия должны быть неправильной угловатой формы, расход воды должен составлять примерно 0,7*10-3 м/с, минимальная толщина фильтра должна быть 7,6 сантиметров.
Распределение бактерий в фильтрующем слое непосредственно зависит от его толщины, которая косвенно влияет и на эффективность переработки органических веществ в воде. Каваи с соавторами показал, что в морском аквариуме гетеротрофные бактерии были наиболее многочисленны на поверхности фильтрующего слоя, а на глубине 10 см. их число снижалось почти до 90%. Подобная тенденция сохранялась и для автотрофных видов. Популяция бактерий-окислителей аммония и нитритов, плотность которых в поверхностном слое составляла 10 в 5 степени и 10 в 6 степени экз./гр., уменьшалась на 90% на глубине 5 см. Исходя из этого Каваи и др. рекомендовали устраивать неглубокие фильтры с большой поверхностью. Иошида (Yoshida, 1967) сообщал, что в морских аквариумах максимальная активность нитрифицирующих бактерий отмечена в верхних слоях фильтра (см. рис. 1.4). С увеличением толщины слоя активность резко снижалась. Таким образом, требование, чтобы поверхность фильтрующего слоя равнялась площади аквариума, является основным.
Хираями (Hirayama, 1965) показал, что зависимость эффективности переработки органических веществ от толщины фильтра носит непрямой характер в тех случаях, когда критерием служила ОСФ (окислительная способность фильтра). ОСФ можно выразить, как скорость биологического потребления кислорода – БПК/мин. И наоборот, время, необходимое для прохождения воды через фильтр, должно положительно коррелировать с ОСФ. Хираяма показал, что толстые фильтры не имеют преимуществ, так как время, необходимое для прохождения воды через фильтр, пропорционально его толщине. В доказательство этой точки зрения Хираяма поставил эксперимент, в котором отработанная вода проходила через четыре фильтра, различавшихся только по толщине. Время, необходимое для прохождения воды через фильтр, поддерживали постоянным путем измерения расхода воды. В конце опыта оказалось, что ОСФ оставалась одинаковой, несмотря на то, что толщина фильтров была разной. Таким образом, толстые фильтры требуют больших расходов воды, чем тонкие.
Фильтровальные платы. Фильтровальная плата отделяет фильтрующие слои от дна аквариума. Примечание: в современной аквариумистике такое обустройство донного фильтра называют – фальшдно. В аквариумистике фальшдно применяется редко. Важно плотно склеить края платы со стеклами аквариума, чтобы под нее не просыпался гравий (грунт). Для большинства аквариумов фильтровальная плата может быть изготовлена из любого пористого материала, не подвергающегося коррозии в воде. В аквариумах «Ниагара-Фолс» и «Мистик МаринЛайф» применены гофрированные листы из армированного стекловолокна и сетка их эпоксидной смолы и армированного стекловолокна. В гофрированных листах с помощью настолькой циркулярной пилы, оборудованной фрезой для резьбы по пластмассе, следует прорезать щели перпендикулярно ребрам жесткости. Ширина щели (рис. 1.6.) 1 мм, длина 2,5 см., расстояние между щелями пять сантиметров. После этого панели укладывают прорезями вниз аквариум и заделывают стыки с помощью ленты из стекловолокна (ширина 5 см) и силиконового клея. После того, как клей полностью затвердеет, можно наспать слой гравия (грунта) и разровнять его по плате.
При использовании сетки ее разрезают сверху пластиковым ситом и закрепляют его на сетке с помощью лески или стальной нержавеющей проволоки. Затем стыки герметизируют силиконовым клеем. И листы и сетки должны быть отделены от дна аквариума специальными подставками, например из бетона, или половинками полихлорвиниловых труб требуемой длины, разрезанных вдоль и установленных на рая.
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Рис. 1.6. Поперечный разрез аквариума, показывающий устройство фильтрованной платы из гофрированного стеклопластика.
Важно, чтобы вода могла свободно циркулировать между прокладками. Бетонные подставки покрывают тремя слоями эпоксидного клея, особенно в морских аквариумах, для предохранения бетона от эрозии. Подставки не следует прикреплять ни к фильтровальной плате, ни к дну аквариума.
Производительность фильтра. Важным аспектом биологической очистки является производительность фильтра, которую определяют по максимальному количеству животных, способных жить в данной аквариумной системе. Хираяма предположил следующую формулу для расчета производительности фильтра в морских аквариумах (Уравнение пригодно и для пресноводных аквариумов, однако нуждается в уточнении).
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Левая часть уравнения описывает окислительную способность фильтра (ОСФ), выраженную количеством О2 (в мг), потребляемых в минуту.
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Правая часть уравнения (4) характеризует скорость «загрязнения» воды животными. Она также выражается количеством О2 (в мг), потребляемых в минуту.
Как видно из формулы (4), окислительная способность фильтра может быть больше или равна скорости «загрязнения» воды животными. Важно также отметить, что чем меньше масса отдельных животных, тем ниже производительность аквариумной системы. Другими словами, производительность биологического фильтра не является простой функцией массы животных.
Система которая может обеспечит жизнедеятельность одной рыбы массой 100гр., может не выдержать нагрузку от 10 рыб массой по 10гр. Предположим, в гипотетическом аквариуме W=0,36м2, V=10,5 см/мин, D=36 см. Если грунт однороден по размеру и R=4мм, то из уравнения (5) следует, что G=(1/4)*100=25. Подставив эти данные в левую часть уравнения (4), получим окислительную способность фильтра (ОСФ), которая эквивалента скорости биологического потребления кислорода – БПК/мин.
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Предположим далее, что в аквариуме содержаться рыбы массой 200гр. И их суточный рацион составляет 5% массы тела. Из правой части уравнения (4) (ОСФ обозначена Х) следует, что:
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
В таблице 1.2 приведены значения Х для одной рыбы в зависимости от ее массы (в гр.) и величины суточного рациона (в % массы тела). Из табл. 1.2. следует, что одна рыба массой 200гр., суточный рацион которой составляет 5% массы ее тела, создает «нагрузку» на фильтр, равную 0,69 ОСФ/мин. При этом q=Х/0,69=3,2/0,69=4,6 рыбы, то есть в аквариуме можно содержать четырех рыб.
Таблица 1.2. Нагрузка на фильтр в зависимости от массы одной рыбы и величины суточного рациона (в % массы тела).
Содержание рыб в замкнутых системах С. Спотт
Применять эту методику следует с осторожностью. Нагрузка на фильтр изменяется по мере роста животных, а его производительность может внезапно превышена из-за гибели рыбы или при резком снижении содержания кислорода.
В качестве еще одного примера определим, можно ли в аквариуме из первого примера содержать 10 рыб по 50 гр. и одну массой 600гр. при той же норме кормления – 5% массы тела ежесуточно. Как видно из табл. 1.2., нагрузка на фильтр составит 10(0,21)+1(1,85)=3,95 ОСФ/мин. Ответ будет отрицательным, поскольку нагрузка на фильтр превышает его производительность, которая составляет 3,2 ОСФ/мин.
1.6. Практическое руководство по запуску фильтра
Правильная эксплуатация биологического фильтра включает меры по запуску нового фильтра и обеспечение надлежащего ухода за действующим фильтром.
Запуск нового аквариума. Во время запуска нового фильтра лучше всего дать на него повышенную нагрузку, то есть адаптировать его к несколько повышенной нарузке по числу животных. Такой запас производительности фильтра предотвратит в дальнейшем повышение содержания аммония и нитритов при подсадке в аквариум новых животных.
Для ввода в действие нового аквариума следует использовать только неприхотливых животных. Животных, чувствительных к аммонию, можно выпускать в аквариум только после завершения процессов нитрификации. Лучше всего сначала запустить черепах. Они гораздо менее чувствительны к аммонию, чем рыбы и многие беспозвоночные, кроме того, черепахи выделяют достаточное количество органических веществ для начала процессов минерализации и нитрификации.
Примечание: в наших современных домашних аквариумах первыми рекомендуется высаживать улиток, растения, панцирных сомиков — коридорасов, лорикариевы сомиков — анциструсов. Это достаточно стойкие первопроходцы и стоят не так дорого.
Неплохим методом запуска фильтра является постепенное увеличение количества животных в аквариуме. Если неприхотливых животных нет, а виды, предназначены для выращивания, чувствительны к аммонию, число животных следует доводить до максимального постепенно. Например, если содержание аммония необходимо постоянно поддерживать на уровне 0,2 NH4-N/л, численность животных следует увеличивать медленно, постепенно доводя содержания аммония до требуемого уровня, подсаживая новых особей не ранее, чем бактерии нитрификаторы доведут содержание аммония до 0,2 мг/л или ниже. Эта методика весьма трудоемка. Первый сопосб – создание резервной производительности фильтра при помощи неприхотливых животных – быстрее и практичнее.
В холодной воде рост бактерий и их адаптация замедленны. Процессы биологической очистки могут быть ускорены, если до стабилизации процессов нитрификации подогревать воду и содержать аквариуме теплолюбивые виды. Затем тепловодных животных можно удалить, температуру воды понизить, а в аквариум столько же (а лучше меньшее) по массе холодноводных животных. Иногда после посадки холодноводных животных отмечается слабое увеличение содержания в воде аммония и нитритов, даже если аквариум был предварительно «сбалансированным». Если разность температур не слишком велика, то концентрация аммония через несколько дней выровняется, что свидетельствует об адаптации бактерий к холоду. Увеличение содержании аммония можно свести к минимуму, если дать бактериям время для адаптации к пониженной температуре (96ч.), а уже после этого помещать в аквариум холодноводных животных.
Хорошим методом, позволяющим ускорить «запуск» нового фильтра, является перенесение в новый аквариум сформировавшейся популяции бактерий из действующего фильтра (выжимка из фильтра). В новый аквариум могут быть добавлен грунт и детрит из сбалансированного аквариума. Грунт следует брать из аквариума, где температура в течение нескольких недель была такой же, как и в новом аквариуме.
Смена воды в аквариуме. Избыток детрита нежелателен, так как он затрудняет протекание воды через фильтр. По мере накопления детрита в фильтре образуются вертикальные каналы, по которым вода протекает с наименьшим сопротивлением, обходя большую часть фильтровального слоя. В результате в фильтре начинается кислородное голодание, образуются бескислородные зоны, где подавляется рост аэробных бактерий. По этой же причине нежелательно использование очень мелкого песка, особенно толстых фильтрах («жирный» слой грунта).
Удаление избыточного детрита осуществляется путем промывки верхнего слоя и переводом детрита во взвесь. Затем он может быть удален сифоном одновременно с заменой 10% старой воды. Промывать грунт следует аккуратно. Каваи и др. отбирал 1 гр. песка с поверхности фильтра и промывали чистой морской водой. После этого нитрифицирующая способность снижалась на 40%. При повторной промывке она снижалась еще больше. При интенсивной промывке другого образца нитрифицирующая способность снизилась на 66%, последующей промывке – еще на 14%. Эти опыты показали, что значительная часть бактерий-нитрификаторв населяет детрит и при интенсивной промывке бактерии удаляются с поверхности фильтра. Фильтрующий слой – постоянная система. Грунт нельзя извлекать и промывать, так как при этом вместе с детритом удаляются и микроорганизмы. В тех случаях, когда промывка фильтра совершенно необходима, делать это следует непосредственно в аквариуме, используя чистую воду той же солености. В пресноводных аквариумах – соответственно отстоенную водопроводную воду.
На процессы нитрификации отрицательное влияние оказывают колебания температуры, pH, содержания растворенного кислорода и солености. Среди этих факторов наиболее существенными являются изменение температуры и солености. Менее важны колебания pH и содержание растворенного кислорода.
Необходимо иметь в виду, что растения и животные, которых обычно содержат в аквариумах, гораздо чувствительнее к изменениям физико-химических характеристик воды, чем бактерии. В связи с этим в первую очередь следует учитывать потребности менее устойчивых высших организмов и лишь затем бактерий, населяющих фильтр, отдельные клетки которых способны выживать в самых плохих условиях. Таким образом, приведенные здесь диапазоны параметров среды хотя и являются узкими для бактерий, но не препятствуют нормальному развитию остальных гидробионтов.
Отклонения параметров внешней среды следует регистрировать ежедневно, а также перед сменой части воды или пополнении испарившейся воды. Содержание кислорода должно быть на уровне 100% насыщения, это относится и к добавляемой воде. Это необходимо главам образом для содержащихся животных, так как нитрифицирующие бактерии не слишком требовательны к содержанию кислорода. Допустимый уровень колебаний pH в солоноватой и морской воде 8-8,3, в пресноводной – 7,1-7,8; pH добавляемой воды должен быть близок к pH в аквариуме.
Температура воды оказывает наиболее заметное влияние на процессы нитрификации, а возможно, и минерализации. При снижении температуры воды можно заметить отчетливую задержку в превращениях биогенных веществ. Повышение температуры обычно увеличивает активность бактерий. Большинство холоднокровных животных плохо переносят даже небольшие температурные колебания, если они происходят очень быстро. Колебания температуры при замене части воды в аквариуме не должны превышать 1 градуса Цельсия в сутки. Это означает, что добавляемую воду необходимо предварительно подогревать или охлаждать. Если аквариум эксплуатируется при комнатной температуре, воду для замены следует держать в той же комнате в закрытом сосуде и не использовать до тех пор, пока ее темература не сравняется с температурой воды в аквариуме.
Морская водя, предназначенная для замены, должна быть соответствующей солености. Разбавлять морскую воду для солоноватоводных аквариумов следует в отдельном сосуде, свежую воду добавлять небольшими порциями, делая перерывы, чтобы обитатели аквариума могли к ней адаптироваться. Приготовление воды требуемой солености в отдельном сосуде сводит к минимуму возможные ошибки и не нарушает установившуюся в аквариуме соленость. Более того, разбавление морской воды уменьшает возможность колебания солености в ранее приготовленной воде.
Для восполнения потерь от испарения в аквариумах с любой соленостью и замены части воды в пресноводных аквариумах рекомендуется отстоянную водопроводную воду, то есть воду, которую в течении трех дней держали в открытом сосуде для удаления хлора. В солоноватоводных и морских аквариумах испарение воды с поверхности ведет к увеличению солености, которое обычно не оказывает заметного влияния на большинство организмов, так как происходит постепенно. Однако не следует допускать значительного повышения солености к моменту пополнения аквариума свежей водой. Солоноватоводные и морские аквариумы необходимо закрывать для уменьшения испарения воды с поверхности и добавлять пресную воду уже при увеличении солености на 0,2%.
fanfishka.ru