Биофильтрация воды в аквариуме своими руками

автор: fisher 11.12.2014 0 Комментарии

Системы фильтрации

полезное

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.

фильтрующие губки

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.

Наполнитель для биофильтра

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.

Биофильтрация воды в аквариуме или биофильтр своими руками

Биофильтрацией в аквариуме называется процесс преобразования аммиака (наиболее вредного для всех живых обитателей аквариума) в нитриты, а затем в нитраты. Приставка «био» означает что данный процесс фильтрации происходит с участием живых организмов, т.е. полезных бактерий, которые в той или иной степени находятся в каждом аквариуме.

Биофильтрация необходима абсолютно любому аквариуму, частички грязи, продуктов жизнедеятельности рыб недоеденный корм или другая органика имеет свойство со временем разлагаться в воде, выделяя большое количество аммиака, чрезвычайно вредного для рыб. Если в аквариуме будет недостаточное количество полезных бактерий и плохо налажена биофильтрация, рыбки могут заболеет от отравления аммиаком, или вовсе погибнуть, так же в результате переизбытка органики могут возникать вспышки водорослей.

Для хорошего размножения бактерий отвечающих за биофильтрацию в аквариуме необходимо всего 2 условия:

Место где данные бактерии поселятся крупными колониями;
Постоянный приток кислорода в место поселения бактерий.

Бактериям для нормального роста и питания необходимо прикрепится к какой либо поверхности, т.к. в свободном плавании в воде они не смогут питаться. Смысл биофильтра заключен в том, чтобы загрязненная вода сама проходила через колонии бактерий. Бактерии обитают на всех поверхностях аквариума, но поскольку каждая бактерия занимает определенную (очень малую) площадь, то для размножения большого количества бактерий площадь должна быть очень большой. Поэтому в грунте и фильтре их больше чем на стенках аквариума и декорациях.

Процесс преобразования аммиака в нитраты связан с поглощением кислорода, поэтому для развития колоний бактерий необходим постоянный приток обогащенной кислородом воды. Отсюда сразу можно сделать вывод, если в какой либо части вашего аквариума происходит плохая циркуляция воды – там нет и быть не может данного вида бактерий, даже не смотря на большую площадь поверхности, например нижние слои грунта.

Бактерии способствующие биофильтрации поселяются на губках фильтра механической фильтрации, на различных фильтрующих элементах, т.к. в фильтрах происходит постоянная циркуляция воды обогащенной кислородом. Наиболее приспособлены под биофильтрацию внешние канистровые фильтры, за счет того что площадь наполнителя очень высока.

В принципе для этой цели подойдет любой специализированный аквариумный фильтр, который имеет сравнительно высокую площадь внутреннего наполнителя (или его объем). Например донный фильтр будет использовать аквариумный грунт как место заселения бактериями. Пористая керамика идеальна для заселения бактериями в резервуаре фильтров, поскольку имеет очень большую площадь поверхности.

Если у вас нет денег на дорогой фильтр, то Вы сможете приобрести недорогие приставки и приспособления для фильтров или компрессоров, которые улучшают биофильтрацию в аквариуме, например био-колесо (bio-wheel) или trickle, wet-dry фильтры.

Самое главное для бактерий – это обеспечить постоянный приток свежей, обогащенной кислородом воды. Если он прекратится, то через час или два бактерии начнут постепенно погибать. Также при выборе фильтрующего элемента в фильтрах или грунта в аквариум не стоит брать слишком мелкий. Вместо очень высокой площади поверхности в данном случае вы получите затрудненное обогащение всего объема кислородом. По этой же причине необходимо периодически промывать фильтры, т.к. накопившаяся в них грязь усложняет доступ свежей воды к колониям бактерий.

Очень удачной альтернативой биофильтру может служить густое заселение аквариума растениями с мощным освещением и подачей CO2. Растения поглощают из воды аммиак и нитриты не хуже биофильтров.

Теперь Вы понимаете важность такого процесса в вашем аквариуме как преобразование аммиака в нитраты. Если в настоящий момент времени вы не располагаете достаточными материальными средствами для покупки хорошего биофильтра – то предлагаю вам самостоятельно сделать в домашних условиях биофильтр для аквариума своими руками.

Существует огромное множество конструкций таких фильтров, отличаются они производительностью, сложностью и фантазией авторов. Я рассмотрю здесь несколько конструкций в порядке сложности их изготовления, начиная с самой простой. Поняв основные принципы, Вы без труда сможете повторить любую из них или придумать свою собственную конструкцию биофильтра сделанного своими руками.

1). При изготовлении биофильтра своими руками потребуются пол-литровая бутылка из-под газировки, пластиковая трубка диаметром равным внутреннему диаметру горлышка бутылки, немного мелкой гальки фракцией 2-5мм, синтепон, компрессор со шлангом.

Пластиковую бутылку разрезаем на 2 неравные части: большое дно и маленькая чаша с горлышком. Чаша должна с натягом входит в глубокое дно. В чаше по внешней окружности делаем несколько отверстий по которым должна свободно заходить вода. Делаем 2 ряда по 4-6 отверстия диаметром 3-4 мм. В горлышко чаши вставляем пластиковую трубку, необходимо чтобы она зашла с натягом и не было зазоров между горлышком и трубкой, здесь можно проявить фантазию. Трубка должна быть заподлицо с нижней частью чаши. После установки трубки – устанавливаем чашу в другую половинку бутылки, при этом длина трубки должна быть такой, чтоб она хоть немного выходила над всей конструкцией, при этом она не должна упираться в дно бутылки, чтоб в неё свободно могла заходить вода.

Поверх чаши засыпаем 6-7 см гравия, и сверху покрываем небольшим слоем синтепона. Внутрь трубки устанавливаем шлангу от аэратора (компрессора) и фиксируем её. После помещения всей конструкции в аквариум и включения компрессора начнет работать наш фильтр, а когда в нем заведутся полезные бактерии он будет неплохо разлагать аммиак на нитраты.

Принцип работы: вся конструкция основана на аэрлифте, пузыри воздуха из компрессора подаются в пластиковую трубку и сразу же выходят из неё вверх, при этом утягивая за собой потоки воды из фильтра. При этом свежая, обогащенная кислородом вода поступает в верхнюю часть стаканчика проходя через весь слой гравия, затем проходит через проделанные нами отверстия в чаше и поступает в нижнюю часть трубки, откуда и стремится вновь в аквариум. Синтепон в этой конструкции играет роль механического фильтра, который нужен для предотвращения быстрого заиливания гравия в нашем биофильтре.

2). Следующая конструкция биофильтра, которую вы легко сможете повторить в домашних условиях своими руками тоже основана на работе аэрлифта, поэтому вам также потребуется компрессор.

Конструкция очень похожа на предыдущую, берем пластиковую бутылку на 1-1.5 литра (емкость зависит от мощности вашего компрессора и объема аквариума). В нижней части бутылки по кругу шилом проделываем большое количество отверстий (такое количество, чтоб вода свободно поступала внутрь бутылки). Отверстия необходимо делать как можно ниже, чтоб нижние слои гравия тоже насыщались кислородом. Затем бутылка наполовину засыпается гравием (можно также применять любой наполнитель для биофильтрации который применятся в фильтрах, кроме очень мелкого, т.к. вода должна легко циркулировать через весь слой наполнителя), сверху на наполнитель кладем распылитель подключенный к компрессору.

Принцип действия данного фильтра следующий: под действием аэрлифта вода вытягивается вместе с воздухом из бутылки, при этом через нижние отверстия в бутылке вновь поступает в неё, насыщая кислородом весь слой грунта. Чтоб наполнитель в бутылке меньше заиливался – обмотайте её в месте где проделаны отверстия тонким поролоном и закрепите пластиковыми хомутами.

По двум конструкциям описанным выше можно понять что любой биофильтр состоит из 2-х частей: механической и биофильтрации. После механического фильтра вода должна пройти через наполнитель для биофильтрации, на этом и заканчиваются все премудрости.

3). Если в вашем аквариуме уже присутствует внутренний механический фильтр можно вывод от него подсоединить с любой герметичной емкостью наполненную наполнителем для биофильтрации или просто мелким гравием. С одной стороны емкости должна поступать чистая и свежая вода от фильтра, с другой стороны вода должна выходить, получается довольно высокопроизводительный биофильтр изготовленный своими руками. Поскольку поток воды от помпы намного мощнее чем от аэрлифта – емкость с наполнителем можно изготовить довольно большого объема.

4). Для очень больших по объему аквариумов можно сделать биофильтр своими руками используя механические фильтры-колбы для очистки водопроводной воды, в качестве помпы можно приспособить насосы для систем отопления в частных домах. Фильтры колбы соединяют 2 вместе, в одном оставляют механическую фильтрацию, а в другой засыпают наполнитель для биофильтрации. После всё герметично соединяют с использованием фитингов и водопроводных шлангов. В итоге у вас получится очень высокопроизводительный внешний биофильтр канистрового типа сделанный своими руками за смешные деньги.

Желаю вам удачи в ваших экспериментах и чистой воды в аквариумах.

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.

цеолит

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».

Гранулированный торф

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).

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.

Внутренние аквариумные фильтры

Вид аквариумного фильтра из внутри

Основное преимущество внутренних фильтров: не надо организовывать к ним доставку воды по шлангам и трубам. Следовательно, они компактны, удобны в обслуживании и оптимальны для аквариума. Часто они имеют форму маленькой помпы, качающей воду через фильтрующие массы. При длительном использовании они забиваются мусором и периодически нуждаются в очистки.

Фильтры с воздушным компрессором имеют низкую производительность. Они пригодны для небольших аквариумов (до 200 литров).

Чаще всего внутренние фильтры занимаются механической очисткой, а остальные виды фильтрации возложены на внешние фильтры.

Недостатки внутренних фильтров:

небольшая производительность;
ограничение объема аквариума;
влияет на внешний вид аквариума и требует маскировки.

Назначение внутренних фильтров:

механическая очистка;
биологическая очистка;
химическая очистка;
аэрация;
перемещение водных масс.

Обычно одна из функций является основной, а все остальные – второстепенными.

Внутренний фильтр состоит из 2 частей:

нижний стакан для фильтрующей массы (уголь, поролон);
центробежный насос (электроматор).

Классический фильтр часто дополняют, что бы повысить практичность:

Труба для подачи воздуха. Вода насыщается газовыми пузырьками – повышается уровень кислорода. Нужно следить, что бы конец трубки был открыт и находился вне закрытого аквариума.
Насадка для изменения направления струи.
Регулятор и индикатор напора потока.
Переключатель-реверс.
Обогреватель.

Несмотря на ряд недостатков, внутренние фильтры самые востребованные. Они характеризуются производительностью насоса. Нормой считается скорость фильтрации 1,5-2 всего объема за час. Важен и объем фильтрующей массы.

Фильтры с помощью присосок крепят на задней стенке аквариума, можно уложить на дно.

Выделяют несколько видов внутренних фильтров:

Фильтр с эрлифтом. Очищают воду от мути и повышают газообмен. Эрлифт – струйный насос.
Фильтры с насосом.
Фильтры-помпы – головка-помпа с открытой губкой.
Донный фильтр – нагретая вода подается в донный грунт.

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.