Морской аквариум

Основы фильтрации и регенерации воды (Д. Степанов)

Для более крупных аквариумов лучше всего использовать внешний многослойный фильтр (рис. 6). В нем учтено то, что нитрифицирующие бактерии наиболее активны в пятисантиметровом слое гравия, поэтому толщина слоев гравия в нем равна 5 см. Вода из аквариума поступает одновременно на параллельные слои и создает оптимальные условия для бактерий по содержанию как кислорода, так и питательных веществ. При расчете мощности фильтра по формуле Хираямы значение "р" следует принять равным числу слоев.

В настоящее время существует множество конструкций биологических фильтров с вертикальным и горизонтальным расположением слоев гравия; есть и такие, в которых вместо гравия используют различные полимерные материалы. Конструкции постоянно совершенствуются, и весьма вероятно, что в ближайшее время на смену громоздкому гравийному фильтру придут элегантные компактные биодиски. Но я советую любителям для начала освоить гравийные биологические фильтры, показавшие на практике свою надежность.

Во многих руководствах описание биологических фильтров на этом и завершается. Хочу остановиться на некоторых тонкостях, которые надо учитывать. Прежде всего следует помнить, что биологический фильтр - живой организм, он не может возникнуть вдруг и сразу же начать функционировать с полной отдачей. Требуется время для "созревания" фильтра, то есть развития в нем популяции нитрифицирующих бактерий нужного вида и количества.

Рис. 6. Многослойный биологический фильтр

Этот процесс совершается в два этапа. На первом в фильтр вносят горсть гравия из старого, уже сформировавшегося биологического фильтра или соленого водоема. На втором этапе должны быть внесены питательные вещества, например кусок рыбы или кальмара. Из-за бактериальной вспышки вода вначале помутнеет, но потом станет прозрачной. Можно поместить в аквариум мало чувствительных к аммонию животных, например морских черепах.

"Созревание" фильтра происходит очень медленно (даже если температура при этом будет повышена до 30-32 °С) и завершается через 45-60 дней. Это связано с последовательной сменой одних видов бактерий другими в зависимости от степени расщепления вещества, выбранного в качестве источника энергии.

Но есть способ, позволяющий резко сократить этот процесс. В аквариум (отдельный фильтр) вносят вещество, служащее пищей только для нитрифицирующих бактерий. Такими соединениями являются хлористый и сернокислый аммоний, которые по составу близки к выделениям животных. Их следует вносить ежедневно в течение двух недель: хлористый аммоний из расчета 40 мг, сернокислый аммоний - 100 мг на 1 г предполагаемой массы животных, затем воду полностью заменить. При такой технологии биологический фильтр готов к работе уже через две недели.

До биологической очистки вода должна пройти механическую фильтрацию для удаления из нее взвешенных частиц (детрита, кусочков водорослей и пр.). В качестве наполнителя фильтра используют гравий или волокнистые синтетические материалы. Как и при биологической фильтрации, гравий должен быть величиной 2-5 мм, угловатой формы. Более мелкий гравий или песок в аквариумах с эрлифтами применять не рекомендуется, так как фильтры быстро забиваются и скорость протекания воды снижается. Если вода подается в механический фильтр мощным насосом, в качестве наполнителя можно применять слои гравия разных фракций, но они не должны перемешиваться. В аквариуме с донным биологическим фильтром слой гравия выполняет и функцию механической очистки воды, что вызывает, как уже отмечалось, необходимость довольно частой полной или частичной его промывки. Слой наполнителя механического фильтра должен быть 10-20 см - в этом случае работает весь материал.

Фильтр надо часто промывать. Для этого извлекают кассету с наполнителем и держат ее под струей водопроводной воды. Если фильтр большой емкости, можно применить и обратный промыв аквариумной водой. При этом вода подается под давлением в направлении снизу вверх, благодаря чему увеличиваются зазоры между фильтрующими частицами наполнителя. Задержанные при фильтрации частицы вымываются, а затем улавливаются специальной сеткой. Для домашнего морского аквариума, по мнению автора, наиболее практичны конструкции, где в качестве наполнителя используется полимерное нетоксичное волокно.

В последнее время за рубежом получили распространение фильтры, в которых роль фильтрующего материала выполняют древние остатки микроскопических диатомовых водорослей. Фильтрующий материал наносится на поверхность пористых втулок путем подачи насосом воды под высоким давлением. При такой фильтрации задерживаются частицы величиной менее 0,1 мкм. Но в домашних условиях применять диатомовые фильтры нецелесообразно. Во-первых, их сложно обслуживать: фильтрующий материал часто забивается детритом, а наносить новое покрытие весьма трудоемко. Во-вторых, от животных, которых обычно содержат в домашних аквариумах, не бывает большого количества взвешенных органических веществ, и для уменьшения мутности воды достаточно обычного механического фильтра.

Растворенное органическое вещество можно удалить из воды аквариума путем адсорбции активированным углем. Способность активированного угля поглощать из раствора органические вещества широко известна. Для морского аквариума лучше всего использовать гранулированный березовый уголь марки БАУ. На эффективность адсорбции угля влияют температура и pH воды, а также время контакта.

Первые два фактора стабильны и определяются потребностью живых организмов, третьим можно управлять. Чем больше контакт между активированным углем и водой, тем эффективнее его работа. С учетом этого обстоятельства можно создать, по крайней мере, две конструкции контакторов. Первая изображена на рис. 7. В качестве контактора используют старый аквариум, в который вклеивают подсоединительные трубы и сетки с ячеей меньшего размера, чем гранулы угля, В пространство, образованное сетками, засыпают активированный уголь, через который пропускается вода. Такие установки применяют для аквариумов большой емкости.

Рис. 7. Контактор с активированным углем: 1, 4 - подеоединительные трубы; 2, 3 - сетки

Для небольших домашних водоемов (до 300 л) более удобны разработанные автором съемные кассеты (рис. 8)^*. Скорость протекания воды в них легко регулируется расходом воздуха в эрлифте. Вода засасывается эрлифтом в камеру, затем проходит через слой активированного угля, расположенного на мелкоячейной сетке, и через отверстие возвращается в аквариум. Кассета на стенке аквариума крепится скобами.

^* (Кассеты данной конструкции, но заполненные гравием или полимерным волокном, можно применять в качестве механических фильтров.)

Перед использованием уголь надо прокипятить и промыть струей водопроводной воды. Это необходимо для того, чтобы из его пор вымылась угольная пыль и они заполнились водой. На 1 л объема аквариума рекомендуется 1 г активированного угля. Уголь следует заменять через один-два месяца. Верный признак избытка органических веществ - желтоватый оттенок воды.

В последнее время о розничной продаже появился наполнитель бытового фильтра "Родник", одним из компонентов которого является чистый березовый уголь. Я успешно применяю его для морского аквариума.

Рис. 8. Универсальная съемная кассета: 1 - скоба; 2 - камера; 3 - эрлифт; 4 - трубка; 5 - сетка; 6 - отверстие

Есть и другой способ удаления растворенного органического вещества из аквариумной системы - адсорбция в пеноотделительных колонках.

Процесс протекает следующим образом: на поверхности пузырьков воздуха адсорбируются либо поверхностно-активные вещества, либо ранее химически связанные поверхностно-активные и неактивные вещества. В любом случае в аквариуме на границе вода - воздух образуется обильная пена. Собрав и удалив ее, вы выводите из системы нежелательные для жизни животных вещества.

Эффективность данного способа водоочистки зависит от продолжительности взаимодействия пузырьков воздуха с проходящей водой, а также от поверхности пузырьков воздуха. Влияют и другие параметры среды, но в нашем случае они неуправляемы и поэтому здесь не рассматриваются.

При конструировании пеноотделительных колонок используются два основных принципа - прямоток и противоток. В первом случае направления движения воды и пузырьков воздуха совпадают (рис. 9), во втором случае они противоположны (рис. 10). Приведенные на рисунках устройства уже стали классическими и воспроизводятся почти во всех изданиях, посвященных морскому аквариуму.

Рис. 9. Прямоточные пеноотделительные колонки в комплексе с донным фильтром: 1 - коллектор; 2 - пеноотделительная камера; 3 - трубка; 4 - эрлифт

Противоточная конструкция имеет одно большое преимущество: в ней продолжительнее время обработки. Но зато прямоточная конструкция более компактна и проста в изготовлении и поэтому может быть рекомендована для небольших аквариумов. Ее можно соединить с эрлифтом донного

Поднятая вода возвращается в аквариум через трубку, а пена собирается в коллекторе, который легко можно отсоединить для регулярного промывания водопроводной водой. Пеноотделительная камера может быть и не связана с эрлифтом (правая часть рис. 9).

Рис. 10. Противоточная пеноотделительная колонка

Если аквариум большого объема и циркуляция воды между внешними фильтрами и емкостью с животными осуществляется механическим насосом, целесообразно пеноотделительные колонки разместить вне аквариума. Для увеличения времени контакта, а следовательно, и эффективности данного узла можно использовать не одну, а несколько пеноотделительных камер, сочетающих прямоточный и противоточный принципы функционирования (рис. 11). В качестве источника воздуха, помимо обычных компрессоров, применяются инжекторы.

Рис. 11. Пеноотделительная камера большой мощности

Основной недостаток очистки воды морского аквариума при помощи пеноотделительных колонок заключается в том, что вместе с пеной удаляются и нужные для жизнедеятельности организмов вещества. Возникает необходимость постоянного их пополнения, чего нельзя делать без проведения химических анализов воды. Поэтому данный способ можно применять только при содержании нетребовательных к химическому составу воды организмов, в остальных случаях от него надо отказаться.

И еще один вид обработки воды в морском аквариуме - дезинфекция. Она заключается в уничтожении патогенных микроорганизмов физическими и химическими способами. Для этого чаще всего применяют ультрафиолетовое излучение и озон. Отметим, что такая обработка снижает численность лишь свободно плавающих микроорганизмов и только при интенсивной циркуляции воды через устройства. Поэтому для лечения болезней, вызванных микроорганизмами, данный способ обработки воды непригоден.

Эффективность применения ультрафиолетового излучения зависит от его интенсивности и толщины слоя воды. Большинство микроорганизмов среднего размера могут быть убиты при интенсивности облучения 35 000 мкВт/с на 1 см² поверхности ультрафиолетовой лампы. Для уничтожения более крупных микроорганизмов требуется в десятки раз большая интенсивность. В связи с тем что для домашних установок можно применять только ультрафиолетовые лампы марки БУФ-15 небольшой мощности (по размеру и способу включения они идентичны обычным люминесцентным лампам типа ЛБ-15), расход воды в стерилизационной установке должен быть небольшим.

Существует много конструкций стерилизационных установок. Проста и удобна установка, предложенная автором (рис. 12). Ультрафиолетовую лампу помещаю в пробирку, изготовленную из кварцевого стекла. Вода с помощью эрлифта или механического насоса подается в стерилизационную камеру через трубу и вытекает через другую трубу. Расстояние между лампой и стенками пробирки должно быть 5-10 мм, а между стенками пробирки и камеры - 10 мм.

Рис. 12. Стерилизационная установка: 1 - труба для подачи воды; 2 - пробирка; 3 - ультрафиолетовая лампа; 4 - труба для выхода воды

Камеру изготовляю из непрозрачного нетоксичного материала. Благодаря тому что лампа не имеет непосредственного контакта с водой, в средней ее части создается температура около 40 °С. Это обеспечивает работу в оптимальном режиме - с наибольшей отдачей в бактерицидной области ультрафиолетового спектра. Периодически внешние стенки пробирки следует промывать водопроводной водой для удаления органической пленки, препятствующей проникновению ультрафиолетовых лучей.

В связи с тем что данная установка не обеспечивает обезвреживания сидящих на стенках аквариума и субстрате патогенных микроорганизмов, по мнению автора, ее целесообразно применять только для системы соединенных между собой аквариумов. В этом случае стерилизационная установка встраивается в разрыв соединяющих аквариумы шлангов и препятствует проникновению нежелательных микроорганизмов из одной населенной емкости в другую.

Для озонирования воды применяют специально изготовляемые для аквариума озонаторы. Озон воздействует на бактерий и, кроме того, химически взаимодействует с некоторыми растворенными и взвешенными в воде органическими веществами. Но он не окисляет аммоний и нитриты и, следовательно, не может заменить биологическую фильтрацию.

Обработку воды озоном можно проводить в пеноотделительных колонках. В связи с тем что остаточный (то есть содержащийся в воде за пределами колонки) озон может оказывать вредное воздействие на жабры рыб, необходима последующая обработка воды активированным углем. Поскольку озон - сильный окислитель, он вступает во взаимодействие с ионами некоторых металлов, в результате чего они выводятся из раствора Поэтому возникает необходимость постоянных добавок микроэлементов, количество которых, как уже отмечалось, невозможно точно определить без химических анализов воды.

После краткого описания принципов управления водой в замкнутых системах и некоторых вариантов их технической реализации можно перейти к рассмотрению компоновки узлов морского аквариума.

Оптимальной является следующая их последовательность: аквариум - механический фильтр -> пеноотделительная колонка -> биологический фильтр -> стерилизационная установка (озонатор) -> активированный уголь -> аквариум. В зависимости от емкости конструируемой системы и площади, определенной для ее установки, в каждом конкретном случае проектируется свой вариант. Здесь необходимы глубокое понимание сущности процессов очистки воды и творческий подход к делу. Если аквариум небольшой (до 300 л), узлы могут функционировать параллельно, то есть как самостоятельные устройства, не связанные входами и выходами. В больших морских системах узлы очистки воды обычно располагают над или под основным аквариумом, а циркуляцию воды осуществляют центробежным насосом. Оптимальным считается одно- или двукратный обмен воды в час.

Конечно, при создании морского аквариума вначале возникнет много трудностей. Но аквариумист должен постоянно находиться в поиске, и каждая последующая его собственная конструкция будет более совершенной, чем предыдущая. Постепенно накопятся знания и опыт. А если к этому добавить еще терпение и оптимизм - успех обеспечен.