Фильтры аквариумов

Фильтрация в аквариуме

Для чего нужна фильтрация

Как и всякий живой организм, рыбы, в результате своей жизнедеятельности, выделяют различные вещества, которые загрязняют воду, делая ее плохо пригодной для рыб. Мы тоже используем фильтрацию для нас самих, начиная от отдельного санузла в квартире и кончая еженедельной уборкой комнаты - пылесосим и подметаем пол (к сожалению, я видел много аквариумистов, у которых фильтрация в аквариуме была на недосягаемой высоте, а фильтрация в комнате оставляла желать лучшего). Рыбы вынуждены жить в прямом смысле слова окруженными собственным мусором. Помимо всего прочего, это приводит к стрессу у них и, как следствие, задержке в росте, потере окраски и плохой сопротивляемости болезням. Интересно, как вы бы чувствовали себя, живя всю жизнь в куче мусора? Проблема усугубляется тем, что в аквариуме обычно находится много рыбы и мало воды, в том время как в природе - наоборот. Очевидно, что небольшой аквариум с большими рыбами требует большего внимания, чем большой, засаженный растениями, аквариум с несколькими маленькими рыбками, в котором, в принципе, фильтрация может поддерживаться находящимися в нем микроорганизмами и растениями. Важным источником мусора в аквариуме является корм, которого обычно бывает много, чем мало.

К сожалению, чистая на вид вода - недостаточное условие для успешного содержания рыб. Очень часто рыбы начинают умирать в воде, которая кристально чистая и начинающий аквариумист задается вопросом, что случилось в аквариуме, который был куплен неделю назад и в него посажены 10 красивых рыбок, которые внезапно умерли. Ответ несложен - наличие аммиака в воде, который не перерабатывается бактериями, которых нет в новом аквариуме, приводит к гибели рыб.

Аммиак и аммоний образуются при разложении молекулы белка и являются наиболее токсичными из продуктов жизнедеятельности рыб, которые выделяют его при дыхании. Также они образуются как продукт гниения органической материи в воде.

Аммиак (ammonia) растворяется в воде с образованием пары ионов - аммоний (ammonium) NH4 и OH.

NH3+H2O <-> NH4+ + OH-

Однако, при повышенном значении pH воды (т.е. более щелочной воды) и температуре образуется свободный аммиак NH3 и молекула вода, Свободный аммиак гораздо более токсичен для рыб, чем его ион. Например, при pH8 только 5% аммиака существует в свободном виде, в то время как время при pH9 уже 20% свободного аммиака. Поэтому, аквариум с африканскими цихлидами требует гораздо больше внимания к чистоте воды (однако это не значит, что можно не обращать внимания на фильтрацию в аквариуме с южно-американскими рыбами, живущими в кислой воде, эффективность бактерий, перерабатывающих аммиак ниже в кислой воде). Аквариум с повышенной температурой также требует большего внимания, например при повышении температуры с 15С до 25С приводит к увеличению содержания свободного NH3 почти в два раза. Токсичность аммиака уменьшается в соленой воде, примерно на 30%,чем в пресной воде с такими же параметрами.

В дальнейшем, под словом аммиак будут пониматься два химических соединения - аммиак (NH3) и аммоний (положительно заряженный ион NH4+). Поскольку они оба присутствуют в воде, оба ядовиты, то, с точки зрения аквариумиста, при описании процессов фильтрации между ними нет разницы.

Летальный уровень аммиака составляет примерно 0,2 - 0.5 mg/l для различных рыб, максимальный допустимый уровень составляет 0.01-0.02 mg/l. Однако и при таком уровне, некоторые рыбы оказываются подверженными стрессу, что ослабляет их сопротивляемость болезням. Поэтому можно сказать, что уровень аммиака в аквариуме должен быть нулевым (при тестировании воды цвет индикатора меньше первого деления шкалы)

В результате биологической фильтрации аммиак преобразуется в менее токсичные нитриты (с буквой И) и, затем, в гораздо менее токсичные нитраты (с буквой А). Уровень токсичности нитратов для деликатных рыб составляет 50-300 mg/l (для икры и мальков они гораздо токсичнее). Подробней об этом написано в разделе про биологическую фильтрацию.

Не надо думать, что ион аммония неопасен. Он опасен тоже, но в меньшей степени. Понижение pH и температуры воды приводит к снижению токсичности аммиака, однако при этом эффективность бактерий, перерабатывающих аммиак, падает. Оптимальные условия для них - нейтральная вода (pH около 7) и температура около 30C. При pH ниже 5, их жизнедеятельность практически прекращается. Поэтому не надо лить уксусную кислоту в аквариум для уменьшения токсичности аммиака. Она уменьшится, но его никто не будет при этом перерабатывать.

Виды фильтрации

По своему механизму фильтрацию можно разделить на три большие группы:

Механическая - фильтр служит для задержки крупного, не растворенного в воде, мусора. Поскольку экскременты рыб и остатки пищи являются источником токсичного аммиака, то наилучший способ не допустить гниения - это удалить их из аквариума (к тому же крупный мусор в аквариуме некрасиво выглядит). Что и достигается путем использования крупноячеистого фильтра или губки, который регулярно надо промывать. К подобной механической фильтрации можно и отнести и регулярную чистку дна сифоном, которую надо делать при каждой смене воды. Механическая фильтрация может использоваться и для очистки воды от взвешенных частиц, например, с использованием диатомового фильтра, который способен даже отфильтровать водоросли, вызывающие "зеленую воду".

Химическая - фильтр удаляет растворенные в воде вещества. Наиболее популярным видом химической фильтрации является использование активированного угля. Другим способом является использование различных ионообменных смол (например, цеолита (zeolit) для удаления аммиака из воды). К химической фильтрации можно отнести и флотационные колонки (protein skimmer), которые удаляют органические молекулы из воды, прежде чем они будут разложены с выделением аммиака. Озонаторы тоже в какой то степени выполняют химическую фильтрацию путем окисления органики.

Биологическая - наиболее важный вид фильтрации, в результате которого токсичный аммиак преобразуется в нетоксичные нитраты. Это осуществляется бактериями, Подробно данная фильтрация рассмотрена ниже. К этому же типу фильтрации можно отнести и поглощения аммиака, нитратов, фосфатов и других веществ растениями и водорослями. Подробней это описано в разделе про водоросли.

Между этими видами фильтрации нельзя провести четкой границы. Например, механический фильтр или активированный уголь служат и местом заселения бактерий, которые разлагают аммиак. Среда для биофильтрации задерживает мусор и т.д. Поэтому надо говорить о совокупности всех видов фильтрации.

Нитратный цикл в аквариуме

Этот цикл - один из многих биологических циклов, происходящих в аквариуме. Но именно он наиболее важен для понимания процесса фильтрации воды от токсичного аммиака.

Здесь цикл изображен в упрощенном виде и показаны только основные детали. Аммиак и аммоний образуются при дыхании рыб, гниении растений и прочей органики. Про их токсичность сказано выше. В результате деятельности бактерий аммоний превращается в нетоксичные нитраты, которые поглощаются растениями. Наряду с нитратами, растения поглощают аммиак/аммоний и нитриты. Даже предпочитая аммиак/аммоний, поскольку при этом затрачивается меньше энергии, но полагаться на этот процесс можно только в исключительных случаях, когда аквариум представляет собой заросший сад, поэтому для начинающих аквариумистов такой способ фильтрации слишком сложен.

В местах аквариума, где недостаточно кислорода, происходит обратный процесс - анаэробные бактерии извлекают необходимый им кислород из молекулы нитрата. Такой процесс используется для биологической денитрации - уменьшения содержания нитратов в воде. В аквариуме такие процессы развиваются, например, в грунте, где может возникнуть недостаток кислорода. Следует заметить, что бактерии извлекают кислород и из сульфатов и при этом образуется газ H2S, имеющий запах тухлых яиц. Именно этот газ поднимается пузырями из загнившего грунта, если его поворошить. Этот газ очень токсичен для рыб и при его появлении следует заняться грунтом основательно.

Магическое слово - биофильтрация

Вероятно, многие видели это слово в рекламе того или иного фильтра/наполнителя к фильтру и т.д. Даже используется такое слово - биофильтр. Так что же все-таки оно значит? И нужен ли специальный фирменный керамический наполнитель в фильтр за большие деньги, чтобы иметь в аквариуме биофильтрацию.

Как видно из диаграммы нитратного цикла, процессом биофильтрации называется преобразование токсичного для рыб аммиака в нетоксичные нитраты (с буквой "а"). Данный процесс осуществляется бактериями (отсюда и слово био-, в отличие, от химической фильтрации аммиака). Достаточно просто. Отсюда понятно, что для эффективной биофильтрации вам нужны бактерии, место для их заселения, кислород (поскольку бактериям нужен кислород). Бактерии заведутся сами в аквариуме (о чем написано в разделе про запуск аквариума), про место для заселения и кислород вам придется позаботиться. Для своей жизнедеятельности бактериям требуется место для заселения. Они не могут перерабатывать органику, плавая в воде. Почему? Поставьте себя на место бактерии. У вас нет ни рук, ни ног, поэтому вам можно ухватить только тот кусок пищи, который сам попал в рот, подцепить на расстоянии возможности нет - можно только исходить слюной. Плаваете вы с той же скоростью, что и пища - рук и ног нет. Понятно? В общем, лучше всего, когда вы сидите неподвижно, а пища попадает сама в рот. В принципе, бактерии селятся везде - они есть на стенках аквариума, грунте, растениях и т.д. Но площадь поверхности у стенок аквариума небольшая, поэтому надо предоставить им еще свободной жилплощади. Тут уже все зависит от вашей фантазии. Если вы используете донный фильтр (фальшдно), то местом заселения бактерий, является грунт и плата под ним. Для внутреннего фильтра, таким местом является губка, у которой поверхность, за счет ее пористости, очень большая. Для канистрового фильтра - наполнители - губка, керамика, кусочки трубочек от Пепси-колы (или Кока-колы, кто что больше любит) и т.д. Пористая керамика обладает очень большой площадью поверхности по отношению к объему. Также, в мелких порах, где недостаток кислорода (весь кислород потреблен бактериями, которые селятся у входа в дырки), поселяются анаэробные бактерии, которые разлагают нитраты - процесс денитрации. Это аналогично процессу денитрации, происходящему в риф-аквариуме с использованием "живых камней" (live-rock). Денитрация рассмотрена отдельно и она не столь важна для поддержания аквариума в хорошем состоянии.

Важным моментом является наличие кислорода в воде. Процесс биофильтрации - окислительный процесс и требует кислорода. Для этого используют всякие ухищрения - "био-колесо" (bio-wheel), разбрызгивание воды над фильтрующей средой (trickle, wet-dry фильтры) и т.д. Все это рассмотрено в соответствующих разделах. При недостатке кислорода процесс биофильтрации останавливается, может произойти гибель бактерий и начаться обратный процесс с образованием аммиака и т.д. Например, нельзя оставлять внешний фильтр без протока воды на целый день. Если вам надо отключить фильтр на время лечения рыб, то лучше всего поместить его в отдельную емкость и включить распылитель для насыщения воды кислородом. По этой же причине следует регулярно чистить фильтр, не допуская зарастания его грязью. Только те бактерии эффективны, которые находятся в контакте с водой и имеют доступ к кислороду. Нижние слои бактерий бесполезны. В этом смысле песочный (fluidized bed) фильтр, в котором происходит постоянное перемешивание песка.

К биофильтрации можно и отнести процесс поглощения аммиака и других органических соединений растениями и водорослями. Интересно, что растения предпочитают аммиака нитратам. На этом принципе построены фильтры, в которых основным элементом являются растения или водоросли - algae-scrubber.

В итоге, процесс биофильтрации не является чем-то сложным, и понимание основных его принципов дает возможность додумать самому способы увеличения его эффективности.

Запуск нового аквариума

Типичная ситуация для начинающего аквариумиста, который увидел красивых рыбок у приятеля или случайно в магазине и решил завести себе таких же. Или ребенок попросил. Куплен аквариум, фирменная помпа, разноцветные камешки, самые красивые рыбки (не будем касаться вопроса об их совместимости). Все это посажено, вода отстояна или влит дехлоринатор, все красиво булькает, Через пару дней вдруг вода мутнеет, начинается лихорадочная смена воды, а затем начинают умирать рыбки, непонятно от чего, ведь нагреватель работает, вода чистая. Кормим рыбок три раза в день, они же голодные, бедненькие, обидно на душе, ребенок плачет. В расстроенных чувствах покупаются еще рыбки и все продолжается. В итоге, ребенку покупается хомячок или тамагочи, аквариум закидывается на шкаф или в него сажается ящерица. Если у аквариумиста есть Интернет, он начинает забрасывать весь свет извечным вопросом - "а почему умерла моя красивая рыбка, не помню названия, красненькая такая с желтой полоской?". Знакомая картина.

Чтобы такого не произошло, надо постараться понять, что происходит в аквариуме, когда в него наливается свежая вода. Если вы уже дочитали до этого места, то знаете про токсичность аммика/аммония, нитратный цикл и биофильтрацию. Вы знаете, что вам надо запустить биофильтрацию, чтобы в аквариуме могли жить рыбы. Безусловно, это только одно из условий, Можно обойтись и без биофильтрации - например, использовать химическую фильтрацию, поглощая активированным углем органику и специальными составами, например цеолитом, аммиак. Или менять воду каждый день, Но если у вас есть специальный человек, чтобы все время менять воду, заменять уголь и т.д., то читать вам это все явно не нужно, лучше нанять знающего человека. Поэтому, остановимся на том, что биофильтрация нужна.

В чистой воде из-под крана, которую вы налили в аквариум, есть миллионы бактерий, в том числе и те которые нужны для биофильтрации. Также они перенесены по воздуху, вместе с рыбами, на ваших руках и т.д. К сожалению, они в виде спор и для дела биофильтрации не годятся. Если вы более опытный аквариумист, то вы знаете, что полезно поставить в новый аквариум наполнитель из фильтра от другого аквариума. При этом надо стараться не занести заразу. Принесенные на наполнителе бактерии могут сократить время запуска аквариума.

Итак, что же происходит. Вы посадили несколько рыбок (неприхотливых, вроде данио или моллинезий, дискусы не годятся как стартовые), которые начали выделять аммиак. Или вы могли налить в аквариум аммиак - более сложный, но менее стрессовый способ для рыб (которых там нет в это время) - наливая так, чтобы поддерживать концентрацию на уровне 3-5 mg/l. Через несколько дней концентрация аммиака подскочила до заметного уровня. Если у вас принесены живые бактерии, то они потихоньку принялись за дело, если нет, то тогда бактерии, находящиеся в "спячке", почуяли запах еды. Но просыпаться они не торопятся - имеет смысл просыпаться, если ты точно уверен, что запах еды доносится с кухни, а не из соседского окна, причем пахнет вкусно, что означает скорую еду. Иначе, только расстройство - проснулся, а еды нет на кухне или уже все доедают. Так примерно рассуждают и бактерии. Когда они будут "уверены", что концентрация аммиака достаточна и держится какое-то время, то они "вылупятся" и примутся за дело. Вначале это будут бактерии из рода Nitrosomonas (название, в общем, знать необязательно). Они преобразуют аммиак в нитриты. Одновременно и начинают расти и другие бактерии, поедающие органику. Бесчисленные виды сменяют друг друга. Этакая эволюция в миниатюре -Jurassic park. Вследствие этого вода приобретает мутный оттенок. Не надо нервничать и бежать покупать осветлители воды - она приобретет прозрачность сама, через несколько дней. Не надо и торопиться менять воду. Конечно, если муть из-за того, что плохо промыт грунт, тогда надо что-то делать. В этот начальный период роста концентрации аммиака (может продолжаться неделю-полторы или меньше, если уже есть культура бактерий), следите за его уровнем, меняя воду лишь если уровень начинает становиться опасным для рыб. Для этого и используются выносливые рыбки. Потом, уровень аммиака начинает падать, причем очень быстро, в течение пары дней. Это означает, что бактерии развернули свою деятельность и преобразовали весь избыток в нитриты, которые тоже ядовиты для рыб. Т.е. первая фаза биофильтрации заработала. С этого момента уровень аммиака должен быть нулевой.

Если вы будете мерить нитриты, то заметите, что их уровень очень быстро растет, поскольку весь аммиак перерабатывается в нитриты. При этом потихоньку начинают просыпаться бактерии Nitrobacter, ответственные за вторую фазу биофильтрации - преобразование нитритов в нетоксичные нитраты. Через неделю-полторы уровень нитритов упадет до нуля и уровень нитратов начет медленно расти. Это означает, что биофильтр заработал. В целом этот период может продолжаться две-три-четыре недели, в зависимости от начальных условий, температуры (бактерии предпочитают температуру около 30 градусов), кислотности (бактерии любят нейтральную воду с рН около 7)

Теперь можно начинать менять воду на регулярной основе и сажать новых рыб. Делать это надо потихоньку. Биофильтр стабилизировался на таком уровне, что может перерабатывать определенное количество аммиака. Каждая новая рыба означает дополнительное количество аммиака и биофильтру необходимо адаптироваться к новым условиям, на что нужно время.

Ничего сложного в запуске аквариума нет. Важно понимание происходящих в нем процессов и терпение. Схематически процесс изображен на графике.

Лучший вид фильтрации - смена воды

Вероятно, вы все слышали истории про аквариумистов, которые не меняют воду годами, а только подливают свежую взамен испарившейся. И все рыбы живут в таких аквариумах прекрасно, иногда только бывают проблемы с некоторыми рыбами, например с апистограммами. Ну не живут они и все. А почему - непонятно. Не судьба. А так вода прекрасная - чистая и ничем не пахнет. Такое мнение было распространено в старых книгах. Даже менялись аквариумисты старой водой из аквариумов. Многие рыбы могут прекрасно жить в подобном аквариуме. А многие рыбы не могут жить - им подавай свежую воду, понимаешь.

Если вы закоренелый сторонник несменяемой воды, то мне вас переубедить не получится. Для других могу предложить эксперимент - начните менять в течение нескольких дней воду на свежую, по 15-20% объема воды и сравните поведение и окраску рыб. Обильная смена воды слегка пониженной температуры стимулирует нерест у многих рыб. Почему? Как всегда поставьте себя на место рыбы - сезон засухи, вода пересыхает, от реки, где вы так резвились, остались небольшие лужицы, концентрация солей, нитратов и т.д. возросла до такой степени, что чешуя встает дыбом. температура близка к суповой. И тут идет обильный холодный дождь, идет несколько дней, неделю. Что это значит? Начался сезон дождей - все оживает, будет много еды для ваших мальков, много воды - чистой воды (детям надо гулять на свежем воздухе), много укрытий. Что полагается делать? Верно-верно, именно это.

Смена воды помогает поддерживать эти значения на оптимальном уровне. При условии, что ваша вода из под крана соответствует оптимальной. Если в ней полно фосфатов, надо подумать о различных способах приготовления воды. Часто приходится изменять химию воды, например, увеличивать жесткость.

Смена воды является одним из основных способов борьбы с водорослями (уменьшение концентрации фосфатов). Смена воды необходима, когда вы лечите больных рыб.

Смена воды является способом добавления микроэлементов в аквариум с растениями, если вы их не подкармливаете.

В общем, если вы убедились в пользе регулярной смены воды, то можете начинать это делать после чтения этого раздела. Лучше менять воду чаще (например, раз в неделю), но меньшими порциями (10-20% объема аквариума), чем редко но помногу. При этом не так изменяются параметры воды, что может привести к стрессу у рыб.

Когда вы меняете воду, то полезно почистить дно. Этим вы облегчите работу бактериям, разлагающим органику. Лучше всего сифонить дно - пока вы просифоните и почистите стенки, вытекает четверть аквариума. Остается только налить новую.

Дебаты о том, нужно ли отстаивать или готовить другим способом воду. Однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Лучше всего если вы знаете, чем обрабатывают воду в водопроводе. Обычно, если вы меняете небольшую часть, то можно лить воду прямо в аквариум, при этом следя, чтобы не было большого перепада температуры и разбрызгивая воду, для улетучивания хлора, насыщения ее кислородом и т.д. Иногда при этом в аквариум добавляются химикаты для удаления хлора и т.д.

Если вы добавляете какие-либо элементы в воду (например, для увеличения жесткости), то это лучше всего делать при отстаивании воды или постепенно, по мере ее добавления. При этой не происходит скачков концентрации (как понятно - доливать микроэлементы можно в любой момент - их концентрации ничтожны)

Как выбрать фильтр

Вы наверняка слышали много рекомендации от друзей и видели в рекламных объявлениях, что фильтр Super-puper-Eheval с производительностью до 300 литров/час достаточен для аквариума до 200 литров. Иногда рекомендации похожи, иногда противоречат друг другу. Попытаемся определить потребную производительность фильтра исходя из времени, необходимого на прогонку всей (или почти всей, как показано ниже) воды в аквариуме через фильтр. Детали вывода даны ниже, здесь только окончательный результат - время необходимое для прогонки 95% воды через фильтр равно 3*Объем воды (литр)/Производительность фильтра (литр/час). Немного обескураживающий результат, однако следует помнить, что отфильтрованная вода смешивается в аквариуме с неотфильтрованной, поступая повторно на вход фильтра, и поэтому фильтр производительностью 300 л/час не прогонит всю воду из 150 литрового аквариума за полчаса. Как показано ниже, за час в умеренно заселенном аквариуме образуется не так много аммиака и поэтому вполне разумно требовать прокачивания почти всей аквариумной воды за час-два, т.е. фильтр должен иметь производительность не менее полутора-трех объемов аквариума в час. При этом надо помнить, что производители обычно дают производительность внешних фильтров для пустой канистры, поэтому надо учесть падения производительности. Со временем производительность падает очень здорово, за счет засорения фильтра и нарастанием большого количества бактерий. Это еще один довод в пользу необходимости регулярной чистки фильтров. В связи с этим можно положить, что необходим фильтр с производительностью три-четыре объема аквариума в час.

А здесь обещанная формула. Выводится она из простейшего дифференциального уравнения, которое проходят на первом курсе. Предположим, что выходящая из фильтра вода достаточно хорошо перемешивается в аквариуме (еще одно соображение о необходимости ее перемешивать). Обозначим V - объем (volume) воды в аквариуме (он равен объему аквариума минус объем грунта, на практике этой разницей можно пренебречь) в литрах, F- производительность фильтра (flowrate) в литрах/час, V0 - объем уже отфильтрованной воды. Предположим, что фильтр за один проход фильтрует весь аммиак в проходящий через него воде (общую картину такое предположение не изменит). За время dt будет отфильтровано грязной воды dV0 =(V-V0)/V Fdt. Решая это уравнение, получим: V0=V(1-e-F/Vt). Как видно из этого уравнения, никогда не удастся отфильтровать абсолютно всю воду (V0=V при времени равном бесконечности). Можно охарактеризовать эффективность фильтрации через коэффициент чистоты k=V0>/V. Отсюда, время для фильтрации воды будет равно: t=-ln(1-k) F/V . Зададимся разумным значением k=0.95 Тогда получается, что время необходимое для фильтрации воды до заданной чистоты будет равно t=3 V/F. В данном выводе мы пренебрегли тем, что в аквариуме все время образуется новый аммиак. Для оценки допустимости такого предположения оценим, сколько образуется аммиака в аквариуме емкостью 200 литров, в котором сидит 10 небольших рыбок. Безусловно, количество образуемого аммиака зависит от размера рыб, количества корма, температуры и т.д. Но в среднем в качестве грубой оценки можно взять цифру 1 мг аммиака на грамм веса рыбы в сутки, при разумном ее кормлении. Размер рыбки возьмем 4 см в длину, 1.5 в высоту и 0.5 в ширину. Полагая рыбку эллиптическим цилиндром, определим ее объем: V=3.14*2*0.75*0.5=2.3 см. Тогда вес рыбки (допустим, она целиком состоит из воды с плотностью 1) равен 2.5 гр. Т.е. в час аммиака выделяется 2.5*10/24=1 мг и концентрация увеличивается на 1/200=0.005 мг/л. Что в пределах допустимой нормы 0.01 - 0.02 мг/л. Однако, если биофильтрация отсутствует, то через сутки концентрация превысит допустимую. Если придерживаться нормы фильтрации - 3-4 объема аквариума в час, то 90% будет отфильтровано за час и дополнительным аммиаком можно пренебречь, однако в перенаселенном аквариуме или при медленной фильтрации, образующимся аммиаком пренебречь нельзя и, как следствие, фильтр будет не в состоянии поддерживать нулевой уровень аммиака в воде. Для более точного решения задачи надо учесть и то, что скорость перерабатывания бактериями аммиака зависит от многих факторов, прежде всего от его количества, наличия кислорода и т.д.. Поэтому уравнения становится более сложным. Желающие могут найти методы решения подобных задач в любом курсе химической кинетики. Подробные методики расчета различных типов фильтров можно найти во многих публикация по промышленному разведению рыбы.

Активированный уголь за и против

Активированный уголь является одним из наиболее распространенных наполнителей для фильтров и используется для химической фильтрации (как и всякий наполнитель, он является также и средой для заселения бактерий, осуществляющих биофильтрацию, но при этом эффективность угля, как химического фильтра снижается, из-за того, что поры оказываются забитыми). Активированный уголь имеет большое количество микроскопических пор и, за счет этого, поглощает (абсорбирует и адсорбирует) органические молекулы из воды. Особенно эффективен он для фильтрации органики, которая придает воде желтоватый цвет, запах и т.д. Также эффективен он и для удаления тяжелых металлов из воды, хлора из воды при осмотической фильтрации. Активированный уголь не удаляет аммиак/аммоний, нитраты и фосфаты из воды - для этого нужны другие наполнители (например, цеолит). Способность удалять те или иные вещества зависит от типа угля, размеров пор и т.д.

Активированный уголь получается из обычного угля, дерева и других материалов, включая экзотические материалы, как бамбук и кожура кокосовых орехов. Вначале он нагревается до высокой температуры в отсутствие воздуха, затем активируется при еще более высокой температуре, до 1000С и выше в присутствие пара, воздуха и т.д. В результате получается крайне пористый материал. В процессе изготовления он может промываться в различных веществах, кислотах и т.д.

Эффективность активированного угля в аквариуме зависит от многих факторов:

Типа используемого угля - старайтесь использовать хороший уголь, предназначенный для аквариума. Уголь, используемый для очистки газов, приготовляется другим способом, чем уголь используемый для очистки воды, и имеет другие характеристики. Старайтесь избегать использовать уголь из питьевых фильтров. Уголь, используемый для питьевых фильтров, промывается в фосфатосодержащих кислотах. Он имеет низкое значение рН (для подавления роста бактерий в нем - вам вряд ли нужна колония бактерий в питьевом фильтре), поэтому будет "подкислять" воду и выделять фосфаты, которые способствуют росту водорослей.

Типа удаляемых веществ и скорости течения воды - молекулы различного размера удаляются с разной эффективностью (мелкие молекулы быстрее). Скорость очистки воды зависит от концентрации удаляемого вещества - при большой концентрации удаление происходит быстрее, но для удаления меньшего количества необходимо меньшее время. Чем медленнее течение воды через уголь, тем больше время контакта и тем эффективнее удаление. С другой стороны, в замкнутой системе вода проходит неоднократно через фильтр (про выбор скорости течения воды через фильтр написано здесь)

Размеров частиц угля и пористости - эффективность зависит от соотношения объема пор к объему угля. Чем больше пор, тем более эффективен уголь.

Времени нахождения угля в фильтре - по мере использования, эффективность угля уменьшается из-за того, что поры забиваются. С другой стороны, нарастающая на угле бактериальная и органическая пленки также уменьшают эффективность фильтрации. Поэтому уголь (равно как и остальные наполнители для фильтра) надо регулярно промывать и менять. Старайтесь использовать механический фильтр перед углем, чтобы отфильтровывать крупные частицы. Не оставляйте долго уголь в аквариуме, особенно при фильтрации ядовитых веществ, антибиотиков, применяемых для лечения рыб. Хотя это случается и редко, уголь может начать выделять в воду поглощенные ранее вещества.

Как выбрать хороший активированный уголь? Лучше всего покупать специальный уголь, предназначенный для аквариумов. Старайтесь обращать внимание на следующие характеристики:

Частицы должны быть мелкими - около 1-2 мм размером (хотя некоторые фирмы делают и крупнее)

Частицы должны быть твердыми и не блестящими на вид. Если частицы мягкие и блестят - то это скорей всего обычный, не активированный, уголь

Уголь должен быть легким - это означает, что в нем много пор. Частицы должны отталкивать воду и поры наполнены воздухом - в первый момент уголь плавает и если прислушаться, то слышно, как из пор выходит воздух - если уголь тяжелый и тонет, то он не очень хорошего качества.

Уголь не должен содержать большое количество пыли. Она будет всегда, поэтому перед использованием уголь надо промыть в проточной воде.

Сколько угля надо класть? Это зависит от того, для каких целей вы его используете. Например, чтобы вода была кристально чистой, его можно использовать в больших количествах и менять чаще (для риф-аквариума A. Thiel рекомендует использовать 250 гр на 50 литров воды и менять раз в месяц - что явно много для обычного пресноводного аквариума). С другой стороны его можно использовать в умеренных количествах (около 5-20 гр на 50 литров) и менять когда вода приобретет желтоватый оттенок, В среднем, хороший аквариумный уголь способен поглощать органику (конечно, при разумном ее количестве в воде - для случая булькающего болота надо принимать другие меры) в течение 2-4 месяцев. Более точных рекомендаций дать нельзя - все зависит от конкретных условий. Если у вас есть неограниченные запасы угля - вы можете менять его часто, если вода приобрела желтоватый оттенок (и вас это беспокоит), то пора менять уголь. Если вы отфильтровали антибиотик после лечения болезни в аквариуме - то надо сменить уголь. Чтобы определить, что вода приобрела желтоватый оттенок, используйте полоску из белого пластика (например, вырезанную из пластиковой банки), часть которой покрашена в желто-коричневый цвет (например, фломастером для нанесения несмываемых надписей и т.д.). Если при погружении в воду граница между белым и желтым не видна, то пора менять уголь.

Несколько слов по поводу восстановления угля. Полностью восстановить его нельзя в домашних условиях. Хотя, если у вас есть печь для нагревания до температуры 1000С без доступа воздуха, то вы можете попробовать. Если уголь использовался не очень долго, то его можно промыть под краном и/или нагреть в духовке - это удалить какое-то количество органики и откроет часть пор. Эффективность такого восстановления сомнительна и для старого угля не имеет смысла - лучше взять новый.

Теперь несколько слов, почему не стоит злоупотреблять углем в аквариуме. Обычно новички используют его в фильтре, полагая, что это панацея от всех проблем.

Уголь не удаляет наиболее ядовитое вещество в аквариумной воде - аммиак. Конечно, когда на нем поселятся бактерии - они переработают аммиак в процессе биофильтрации. Но использование для подобных целей дорого.

Уголь не удаляет нитраты и фосфаты, которые являются одной из основных проблем появления водорослей в аквариуме. Наоборот, некачественный уголь будет выделять фосфаты. С другой стороны, уголь будет поглощать необходимые для растений удобрения, например, железо, связанное с EDTA (используется для предотвращения быстрого окисления железа)

Делая воду кристально прозрачной, уголь замаскирует необходимость смены воды - аквариумист будет полагать, что воду менять не надо, в то время как нитраты зашкаливает. При регулярной смене воды в аквариуме не должно быть много органики, а если ее много, то надо искать причину - перекармливание рыб в аквариуме и т.д. Желтизна воды - в общем она не особо мешает в разумных пределах, даже наоборот, "Южно-Американский" аквариум, имеет более натуральный вид с чуть желтоватой водой. Рыб это совершенно не беспокоит. Совершенно неразумно класть в фильтр торф для смягчения жесткой воды, который выделяет органику, придающую воде желтоватый цвет и вместе с ним уголь, который будет поглощать эту органику.

Уголь стоит денег, которые можно потратить на более полезные вещи.

В итоге можно порекомендовать периодическое использование угля - например, до внесения в аквариум антибиотиков и других медицинских препаратов. При этом удаляется органика, которая снижает эффективность лекарств. При этом хорошо сменить воду в объеме трети-четверти аквариума. Аналогично можно использовать уголь для удаления лекарств после лечения. При эпизодическом использовании угля - следите, чтобы в порах не образовались анаэробные условия.

В фильтре активированный уголь и другие наполнители, включая керамику, хорошо держать в отдельных мешках - тогда их будет удобнее вытаскивать и промывать, Хорошие мешки можно сделать из капроновых чулок - просите ваших подруг и жен поделиться с вами.