Фильтрация воды в аквариуме это основной и наиболее доступный способ удаления из нее излишков минеральных и органических веществ и поддержания в аквариуме приемлемых условий для его обитателей. Процесс фильтрации воды можно условно разделить на три составляющих:
1. механическая фильтрация, результатом которой является удаление из воды плавающих в толще воды твердых частиц (взвеси);
2. биологическая фильтрация, посредством которой из воды удаляются растворенные в ней продукты метаболизма, возникающие в результате жизнедеятельности обитателей аквариума;
3. химическая фильтрация, с помощью этого вида фильтрации из аквариумной воды удаляются вредные неорганические и органические примеси, а также, в случае необходимости, изменяются параметры воды, путем внесения в нее необходимых препаратов;
Очистка воды в аквариуме производится ступенчато.
Механическая и биологическая очистка
На первой ступени осуществляется грубая очистка воды, с использованием фильтрующих материалов задерживающих взвешенные частицы.
Это чисто механическая функция не несущая биологической нагрузки.
Используемый на этом этапе фильтрующий наполнитель должен периодически (не реже одного раза в неделю), промываться в чистой проточной воде.
В качестве фильтрующего наполнителя как правило применяются различные синтетические губки, а также специальный силиконовый поролон и синтепон.
На второй ступени, происходит биологическая очистка воды, представляющая собой многоступенчатый процесс в результате которого сильно токсичные вещества (аммиак, аммоний, нитрит) преобразуются в малотоксичный нитрат.
Для этого используют наполнитель обладающий мелко пористой структурой с максимально возможной площадью поверхности для заселения полезными бактериями, отвечающими за биологическую очистку.
Причем чем больше площадь поверхности используемого материала, тем большее эффективно будет работать фильтр.
Первая и вторая ступени фильтрации тесно связаны между собой.
Во-первых, механическая и биологическая фильтрация могут выполнятся одним и тем же фильтром.
Во-вторых, задача по очистке аквариума от органических загрязнений решается одновременно: биологически, с использованием нитрификации и механически, непосредственным удалением грязи из аквариума.
Таким образом эффективная механическая фильтрация резко уменьшает нагрузку, приходящуюся на биофильтр, и наоборот.
Химическая очистка
Под химической фильтрацией, в аквариумной практике прежде всего понимают сорбцию. В зависимости от типа сорбции применяются различные адсорбенты — тела, способные поглощать вещество своей (обычно сильно пористой) поверхностью, и химические поглотители, связывающие определенное вещество, вступая с ним в химическую реакцию.
Отдельную группу представляют ионообменные сорбенты, проходя сквозь которые, раствор отдает им ионы одного типа и забирает эквивалентное количество ионов другого типа.
Наиболее распространена химическая фильтрация с использованием в качестве адсорбента активированного угля. В качестве химических наполнителей применяются некоторые минералы входящие в группу цеолитов, синтетические ионообменные смолы и торф.
Ионообменные смолы и цеолиты поглощают нитраты, аммиак, фосфаты и некоторые другие вещества, а вместо них выделяют безвредные ионы хлора, натрия, сульфатов.
Торф, содержит богатый набор аминокислот и дубильных веществ. Поэтому его использование в качестве наполнителя немного уменьшает значение pH, с одновременным обогащением воды различными биологически активными веществами, так необходимыми обитателям «чёрных вод».
Стерилизацию воды, тоже можно отнести к химической фильтрации. Основными способами которой в аквариумной практике являются ультрафиолетовое облучение и озонирование.
Азотный цикл
Чтобы результативно оказывать влияние на условия содержания обитателей аквариума, необходимо иметь представление о процессах протекающих в аквариуме и фильтре.
Основное загрязнение воды происходит в результате кормления обитателей аквариума. Причем не имеет значения полностью ли съеден корм или его остатки упали на дно.
Не съеденный корм и выделяемые рыбами продукты метаболизма — являются основными поставщиками органических соединений, участвующих в цикле биологических превращений с помощью различных микроорганизмов (азотный цикл).
Первый этап этого цикла, называемый минерализацией, он заключается в утилизации сложных азотсодержащих органических соединений до простых неорганических. Результатом разложения продуктов жизнедеятельности животных является аммиак NH3, который опасен для живых организмов уже в концентрации 0.01 мг/л.
Аммиак взаимодействуя с ионами водорода H+, присутствующими в воде, или с молекулами воды, образует ионы аммония NH4+, менее опасного но тоже токсичного вещества.
Соотношение аммиака и аммония зависит от целого ряда факторов. Одним из которых является активная реакция воды (pH). При значениях показателя pH ниже 7.0 единиц содержание аммиака в воде незначительно. Так, при значении рН=7.0 доля аммония составляет — 99.5%,а аммиака — 0,5%.
При значениях pH более 7,0 единиц пропорции уже несколько другие. При рН=7,5 содержание аммония составляет — 96%, а аммиака — 4%, а при значении рН равном 8.0 доля аммония будет — 92% , а аммиака — 8%.
Температура воды может также влиять на соотношение аммиака и аммония, при одном и том же значении pH.
При более высокой температуре содержание аммиака в воде будет больше. А так как большинство обитателей аквариума выходцы из теплых тропических вод и соответственно температура воды для их содержания лежит в диапазоне от 24 до 30°C, то аммиак может стать ощутимой проблемой.
Второй этап азотного цикла получил название нитрификация, это процесс биологического окисления аммиака и ионов аммония сначала до нитритов NO2, а затем и до нитратов NO3.
Эти процессы протекают в аэробной среде (т.е. богатой кислородом) под действием бактерий-нитрификаторов, присутствующих в аквариуме. Основная роль процесса нитрификации состоит в переводе сильно токсичных соединений азота (аммиак, нитрит) в малотоксичные соединения (нитраты).
Нитраты — тоже вредны для гидробионтов, однако их действие гораздо слабее, чем у аммиака и нитритов.
Нитраты – это конечный продукт процесса нитрификации, так как далее они уже не расщепляются, а лишь накапливаются в воде, негативно воздействуя на рыб.
Уменьшить концентрацию нитратов в аквариуме можно посредством замены части старой воды на свежую.
Важную роль в поглощении нитратов играет водная растительность.
В отличие от нитратов, нитриты ядовиты даже в малых дозах. Их предельная концентрация не должна превышать 0.1 мг/л. Так как даже кратковременное пребывание в такой воде способно вызвать поражение некоторых внутренних органов рыб.
Процесс нитрификации
Как происходит процесс нитрификации?
Главную роль в процессе нитрификации играют аэробные бактерии, присутствующие как в пресноводных, так и в морских аквариумах. Обычно это представители родов Nitrosomonas и Nitrobacter.
Первая группа бактерий окисляет аммоний до нитритов, а вторая преобразует нитриты в нитраты. Бактерии живут благодаря энергии получаемой в результате этих процессов.
В обоих случаях требуется большое количество кислорода, особенно при окислении аммония. Если бактерии-нитрификаторы получают меньшее количество кислорода, чем им необходимо, то процесс нитрификации происходит менее продуктивно. Так по данным, представленным М.Сандером («Техническое оснащение аквариума». 2002), при содержании кислорода в воде 2 мг/л происходит только 40% от максимально возможной нитрификации. В то время как при 4 мг/л достигается уже 86%.
В фильтровальном наполнителе всегда присутствуют как аэробные, так и анаэробные бактерии. При достаточном количестве кислорода активность аэробных бактерий возрастает, с одновременной деактивизацией анаэробных.
И наоборот, при уменьшении содержания кислорода возрастает количество анаэробных бактерий.
Вода основной поставщик кислорода, она всегда протекает по пути наименьшего сопротивления. В заиленном фильтре, с явными не проходимыми зонами, начинают развиваться нежелательные анаэробные процессы.
Поэтому так важно своевременно и правильно очищать фильтр.
Для того, чтобы процесс нитрификации протекал с максимальной эффективностью необходимо создать в аквариуме кислородный режим при котором концентрация растворенного кислорода, была бы не менее 6 мг/л.
На процесс нитрификации может оказывать влияние еще ряд параметров:
Температура
Наиболее благоприятная для развития нитрифицирующих бактерий находится в диапазоне от 20 до 30°С, причем предпочтительнее более теплая вода.
При этом нужно помнить, что в теплой воде кислород растворяется хуже чем в холодной. Так, при температуре 30°С, максимальное количество растворенного в воде кислорода составляет около 7,4 мг/л.
Активная реакция
С наибольшей интенсивностью нитрификация протекает в среде с pH от 7,5 до 8,5.
По данным С.Спотта («Содержание рыб в замкнутых системах», 1983), оптимальное значение pH для окисления аммония составляет 7,8, а для окисления нитритов — 7,1. В воде, имеющей pH ниже 7,5, интенсивность окисления аммония падает: так, при рН=6,6 нитрификация составляет лишь 85% от оптимума.
Влияние медикаментов
В связи с тем, что лечение рыб часто проводится в общем аквариуме. Вносимые в воду аквариума лекарственные препараты воздействуют не только на возбудителей болезней, но и на полезные микроорганизмы.
В отдельных случаях это приводит к полной блокировке процесса нитрификации.
В публикациях приводятся разные данные, но фактически все сходятся на том, что нитрификация прекращается при применении таких препаратов как: метиленовая синь, эритромицин, перманганат калия, сульфаниламид и пр.
Соленость воды
Бактерии участвующие в процессе нитрификации достаточно устойчивы к колебаниям солености воды. На все же в пресной воде нитрификация протекает активнее.
Органическая «нагрузка» на воду
Каждый биофильтр, в зависимости от конструктивных особенностей, качества фильтрующих наполнителей,
применительно к различным внешним условиям (температура воды, pH и т.д.) будет обладать определенным очистительным потенциалом.
Если органическая нагрузка на фильтр превышает его возможности, то возникает реальная угроза всплеска концентрации аммония и нитритов. С другой стороны, при низком содержании органики, полезные бактерии могут остаться без пищи. В результате чего их популяция деградирует и на ее восстановление (например, при увеличении количества рыб в аквариуме) потребуется некоторое время, в течение которого также могут возрастать значения растворенного в воде аммония и нитритов.
В давно функционирующем сбалансированном аквариуме — активность бактерий, населяющих фильтр, уравновешена с количеством поступающей в воду органики. В такой системе процессы минерализации и нитрификации обычно протекают одновременно, и содержание аммония в воде не бывает выше 0.01 мг/л, а что касается нитритов, то улавливаются только их следы, которые являются следствием неконтролируемой денитрификации.
Зато в только что обустроенном аквариуме (или в аквариуме с тщательно промытым фильтром). Аммоний и нитриты могут стать вполне реальной и большой проблемой.
Поэтому запуск аквариума всегда требует от аквариумиста особого внимания.
В новом аквариуме всегда имеют место последовательно пиковые значения — сначала аммония, а затем нитритов. И только после появления достаточно высоких значений нитратов можно сделать вывод, что нитрификация работает эффективно.
Как правило на максимальную мощность биофильтр выходит через 2 месяца. Этот срок можно сократить используя в новом биофильтре наполнителя из давно действующего фильтра или путем внесения в аквариум специальной культуры бактерий, которую можно приобрести в специализированном магазине.
