Нестандартные аквариумы
Аквариумы на заказ Продажа аквариумов Оформление аквариума Продажа рыбок Аквариумный Форум
RedSeaFish.ru
О нас
Схема проезда
О компании
Магазин
Оптовикам
Полезности
Книги по аквариумистике
Аквариумные статьи
Аквариумные путешествия
Аквариумы
Изготовление аквариумов
Обслуживание аквариумов
Аквариумное оборудование
Рыбки и беспозвоночные
Пресноводные рыбы
Пресноводные беспозвоночные
Аквариумные растения
Морские рыбы
Морские беспозвоночные
Кораллы
 

Аквариумное оборудование

Теория фильтрации и очистки воды

И. Г. Хомченко, А. В. Трифонов, Б. Н. Разуваев. "Современный аквариум и химия". г. Москва, "Новая волна".

ФИЛЬТРАЦИЯ И РАЗЛИЧНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ В АКВАРИУМЕ

В аквариуме происходит постоянное накопление органических остатков (не съеденный корм, экскременты рыб и моллюсков, погибшие обитатели). Под действием кислорода и микроорганизмов эти остатки разлагаются до простых минеральных соединений (СО2, NH3, РО43‾, SO42‾, NO3‾ и других). В природных водоемах концентрация минеральных веществ в воде достаточно стабильна, поскольку часть их ассимилируется растениями, а другая часть выносится вместе с потоком воды. В аквариуме плотность посадки рыб значительно превышает природную. Поэтому весь органический материал в объеме аквариума не может быть преобразован в неорганические вещества. При недостатке и при отсутствии растений происходит постепенное накопление минеральных веществ в воде. При достижении определенной концентрации начинается токсическое воздействие продуктов обмена на обитателей аквариума. Не успевающие разлагаться органические остатки образуют ил, который делает воду мутной, закрывает грунт, препятствуя кислородному обмену.

Для удаления излишков минеральных и органических остатков из аквариума проводится чистка и подмена воды, о чем говорилось выше, а также применяется фильтрация аквариумной воды. Главное назначение фильтрации — это удаление из воды нежелательных составляющих (органических и минеральных частиц, молекул, ионов, микроорганизмов). Аквариумные фильтры обычно бывают двух типов: механические и биологические. Кроме фильтрации, существует еще несколько методов очистки воды: химический, флотация, озонирование и ультрафиолетовое облучение.

 

Механическая фильтрация

Механическая очистка заключается в удалении из воды взвешенных частиц и водорослей за счет пропускания воды через фильтрующий элемент. Удаление частиц происходит при просачивании воды через узкие каналы фильтрующего материала (гравия, сетки, волокна и т. д.). Эффективность очистки возрастает при уменьшении размера частиц фильтрующего материала или диаметра проходных каналов. Однако уменьшение каналов возможно лишь до определенных пределов, поскольку при этом начинает возрастать сопротивление потоку жидкости и снижается производительность фильтра. В процессе фильтрации взвешенные частицы начинают оседать в самом начале фильтра, уменьшая диаметр проходных каналов. Это приводит к более полной очистке воды в данной зоне, тогда как последующие слои фильтрующего элемента работают менее эффективно. Поэтому не нужна толщина фильтрующего слоя более 5 см. Целесообразно применять фильтрующие элементы с различной величиной проходных каналов. Вода, последовательно проходя через слои со все уменьшающимися каналами, будет равномерно очищаться во всем объеме фильтра.

В зависимости от скорости прохождения воды, фильтры делятся на быстрые и медленные. Источником движения воды в медленных фильтрах обычно является эрлифт. Принцип его работы состоит в следующем: поток воздуха от компрессора в виде мелких пузырьков смешивается с водой; газовоздушная смесь поднимается в узком вертикальном канале (трубке) выше уровня воды в аквариуме. Таким образом, через трубку прокачивается вода, а фильтрующий элемент может быть установлен на входе в трубку или при выходе из нее.

В быстрых фильтрах источником движения воды служат механические (чаще всего центробежные) водяные насосы (помпы). Они создают высокий напор воды, обеспечивая тем самым более высокую скорость циркуляции ее через фильтрующий элемент.

На поверхности фильтрующего элемента поселяются бактерии, преобразующие органические соединения до минеральных. Однако, поскольку объем механических фильтров невелик, полного разложения органических веществ в них не происходит. Используя механические фильтры, аквариумисты часто допускают одну ошибку. При работе фильтра живущие в нем микроорганизмы окисляют органические соединения, для этого им необходим постоянный приток кислорода. Некоторые аквариумисты в ночное время,

избегая шума или следуя инструкции по эксплуатации компрессора, отключают его, прекращая подачу кислорода в фильтр. При отсутствии кислорода вместо почти безвредных веществ начинают вырабатываться высокотоксичные для рыб сероводород H2S, метан CH4, аммиак NH3. За время остановки фильтра эти вещества накапливаются в нем и при повторном включении выбрасываются в воду сразу в большом количестве. Это может привести к массовому отравлению рыб или травмам, связанным со скачком параметров воды (прежде всего рН). Поэтому аквариумистам не следует отключать работающие механические фильтры, не проводя при этом промывки или замены фильтрующего элемента.

Рас. 26.  Внутренний механический фильтр:  1 — корпус, 2 — входное отверстие, 3 — выходное отверстие, 4 — ограничительные решетки, 5 — фильтрующий элемент, 6 — эрлифт

 

При работе фильтра в нем происходит накопление отфильтрованного материала. Необходимо периодически проводить промывку фильтрующего элемента. Дать точную рекомендацию о частоте промывок невозможно, поскольку это зависит от объема аквариума, количества рыб, количества и скорости роста растений, объема и конструкции фильтра. Однако во всех случаях через 1—2 недели непрерывной его работы необходима промывка. Уточнить эти сроки можно только на практике.

Теперь остановимся на конструктивных элементах и технологических особенностях фильтров. В зависимости от места установки различают наружные и внутренние фильтры.

Принципиальная конструкция внутреннего механического фильтра представлена на рис. 26. Фильтр состоит из корпуса (1), в котором имеются два отверстия: одно большое входное (2) и другое выходное (3) меньшего размера. В выходной канал можно опустить распылитель, соединенный с компрессором, создав тем самым простейший эрлифт. В этом случае диаметр входного канала должен быть чуть больше диаметра распылителя. Если предполагается присоединить фильтр к помпе, то конструкция выходного отверстия должна соответствовать диаметру соединительного шланга и обеспечивать надежное и герметичное соединение с помпой. Внутренняя полость фильтра между ограничительными решетками (4) заполняется фильтрующим элементом (5). Фильтрующий элемент должен полностью заполнять эту полость, в противном случае могут образовываться незаполненные каналы, через которые устремится основной поток воды.

В качестве фильтрующего элемента используется крупный песок, гравий, пористый пенопласт, водостойкий поролон, синтетические волокна или вата. Главное — химическая инертность применяемого материала, устойчивость в воде, возможность его промывки и замены.

Наружные фильтры по действию ничем не отличаются от внутренних. Их преимущества перед внутренними состоят в том, что они имеют больший объем, не загромождают аквариум, в них легче проводить замену или промывку фильтрующего элемента. При эксплуатации наружного фильтра важно не допустить его переполнения аквариумной водой. Поэтому, обычно, вода перекачивается из фильтра в аквариум, а возвращается самотеком через водослив или через заполненную водой U-образную трубку. На рис. 27 приведены варианты конструкций и способы крепления наружных фильтров.

 

Биологические фильтры (биофильтры)

В биологических фильтрах осуществляется биологическая очистка воды: посредством бактерий и других организмов происходит переработка продуктов жизнедеятельности гидробионтов до неорганических соединений и удаление последних из воды биологическими методами.


 


Рис. 27. Наружный механический фильтр: 1 — U-образная трубка для подачи воды в фильтр, 2 — эрлифт, 3 — фильтрующий элемент

 

Разложение органических молекул и преобразование их в минеральные соединения происходят под действием микроорганизмов. Эти микроорганизмы поселяются на развитой поверхности фильтрующего материала, Конечно, эти бактерии живут в толще воды, но там их значительно меньше. Например, в объеме гравийного фильтра количество аммонифицирующих бактерий, превращающих органические вещества в аммиак, составляет 105 штук на 1 см3, а нитрифицирующих (превращающих аммиак в нитриты) — 106 штук на 1  см3. В толще воды (в 5 см от поверхности) их количество примерно в 10 раз меньше.

В результате разложения органических веществ бактериями образуются углекислый газ, нитраты, фосфаты и сульфаты. СО2 может выводиться из воды в атмосферу, а на свету поглощаться растениями. Анионы (NO3‾‾, PO43‾‾ и SO42‾) остаются в воде. Если аквариум достаточно плотно засажен растениями, эти продукты обмена могут быть полностью ассимилированы ими. При недостатке растений или их полном отсутствии происходит постепенное накопление этих продуктов распада в аквариумной воде. Чтобы поддерживать ионный состав воды в допустимых пределах, можно использовать химическую очистку (о ней будет рассказано) или проводить частичную замену воды. Можно рекомендовать аквариумистам установить промежуточные емкости, заполненные быстрорастущими плавающими растениями, которые поглощают излишки минеральных веществ, и пропускать воду через эти емкости.

Скорость накопления отходов в аквариуме и, соответственно, нагрузка на биофильтр, определяется видами рыб и других животных, плотностью посадки рыб и растений, частотой подмены воды и чистки аквариума. От всех этих факторов зависит объем и устройство фильтра.

Как показывает практика, объем биофильтра, полностью восстанавливающего состав воды, приблизительно равен объему аквариума. Однако, применение различных приемов, повышающих эффективность работы фильтра, позволяет уменьшить его объем в 2— 3 раза.

Полная схема биологического фильтра представлена на рис. 28. Вода из аквариума поступает в механический фильтр (1), объем которого составляет приблизительно 5% объема биофильтра. Здесь удаляется значительное количество крупных органических частиц. Затем вода поступает в аэратор (2), где насыщается кислородом из воздуха (приблизительно 20% объема), после чего в фильтрующий элемент (3), где происходят процессы, конечными продуктами которых является образование СО2, NO3‾‾, РО43‾‾, SO42‾‾ других частиц. Этот фильтрующий элемент занимает приблизительно 50% объема. При необходимости после него следует сосуд, где происходит ассимиляция минеральных веществ растениями или химическая очистка воды. Такой биофильтр, по объему равный объему аквариума, может работать достаточно долгое время, но его необходимо постоянно обслуживать: промывать механический фильтр, удалять разросшиеся растения или регенерировать систему химической очистки.

 


 


Рис. 28. Биологический фильтр: 1 — механический фильтр, 2 — аэратор, 3 — биофильтрующий элемент, 4 — отделение с растениями.

 

Устройство механического фильтра уже известно. Аэратор — это свободная часть сосуда, в котором расположены распылители (один на 50 см2 площади дна). Устройство биофильтрующего элемента аналогично механическому, но стой разницей, что промывка проводится очень редко. Важную роль играет размер частиц, используемых в фильтрующем материале: от него зависит рабочая площадь, заселенная бактериями. Допустим, что в 1 см3 поместили кусочек гравия шарообразной формы диаметром 10 мм. Однако, в том же объеме можно разместить 8 частиц диаметром 5 мм. Простейший расчет показывает, что во втором случае площадь поверхности частиц вдвое больше. Но слишком мелкий фильтрующий материал быстро засоряется. Поэтому на практике используется гравий с размером зерен 2—5 мм. При создании фильтра следует учитывать, что период созревания культуры бактерий длится 2—4 недели, поэтому для ускорения этого процесса рекомендуется взять немного грунта с уже установившейся культурой из другого фильтра.

 


 


Рис. 29. Аквариум-биофильтр с фальшдном:  1 — фальшдно, 2 —грунт, 3 — эрлифт

 

Известны также и другие способы устройства биофильтров. Например, роль биофильтра может играть сам аквариум, устройство которого интенсифицирует процессы разложения и удаления продуктов обмена. Примером такого сосуда служит сосуд с фальшдном (рис. 29). Это дно обычно изготовляют из пластмассы, просверлив в ней многочисленные мелкие отверстия. При этом направление движения воды принципиального значения не имеет. Культура микроорганизмов образуется в грунте и активно перерабатывает принудительно проходящий через него поток воды. Важным моментом является обеспечение равномерного по всей площади дна тока воды через слой грунта.

Еще один вариант биофильтра приведен на рис. 30. Здесь фильтрующий элемент собран в кассеты, при этом слой фильтрующего материала невелик, а его поверхность сильно развита, фильтр такой конструкции будет оказывать очень малое сопротивление потоку жидкости. Принцип работы состоит в следующем: по трубке (1) вода из аквариума попадает в биофильтр (2) и проходит через кассеты с фильтрующим материалом (3).

Стенки кассет имеют отверстия или делаются решетчатыми для обеспечения циркуляции воды. Из центра кассет очищенная вода по эрлифту (4) подается в общий коллектор (5) и далее в аквариум. В центре кассеты помещается распылитель, который обеспечивает ток воды и насыщает ее кислородом.

 


 


Рис. 30.    Кассетный биофильтр:   1 — трубка для подачи воды, 2 — биофильтр, 3 — кассеты с фильтрующим материалом, 4 — распылители, 5 — эрлифт, 6 – коллектор

 

 

Химическая фильтрация воды

Химическая очистка является специфичным видом, поскольку удаляет из воды определенные соединения, для которых предназначен применяемый реагент. Системы химической очистки применяются, например, при подготовке водопроводной воды и удалении хлора (о чем говорилось выше). Для действующих аквариумов особый интерес представляет разновидность химической очистки воды, связанная с фильтрацией ее через активированный уголь, ионообменные смолы или некоторые другие вещества.

Угольные фильтры применяют в основном для обесцвечивания воды и удаления нитратов, фенолов, хлора, пестицидов и некоторых других веществ. Большая поглотительная способность активированного угля обусловлена пористой поверхностью. Например, истинная поверхность 1 г активированного угля высокого качества составляет 200—500 м2. 100 г активированного угля могут извлечь из воды до 55 г растворенных веществ. На адсорбционную способность оказывают влияние различные факторы: рН и температура воды, скорость течения воды, концентрация веществ, размер частиц адсорбента и его качество.

Процесс очистки в угольном фильтре можно условно разделить на два этапа. На первом иногда происходит адсорбция органических молекул и неорганических ионов на частицах угля, на втором этапе — разложение некоторых органических соединений до минеральных. Так сочетаются процессы адсорбции и биологической очистки воды.

Активированный уголь по причине своей высокой поглотительной способности быстро засоряется, начинает работать как простой механический фильтр и нуждается в чистке. Для восстановления этого фильтра надо прокипятить активированный уголь в дистиллированной воде в течение часа, сменив воду дважды. Из-за трудоемкости восстановления адсорбционной способности угля в домашних условиях и отсутствия выпускаемых промышленностью фильтров, они не получили широкого распространения у аквариумистов нашей страны. В ряде случаев применение фильтров с активированным углем является необходимостью, например, при содержании морского аквариума или разведении рыб, очень чувствительных к чистоте воды. Во всех случаях следует обращать внимание на качество угля.

В аквариумных фильтрах могут быть применены ионообменные смолы (катиониты и аниониты), о которых рассказывалось в главе, посвященной умягчению воды. Для удаления катионов, например, нежелательных ионов аммония (NH4+), можно использовать катиониты КУ-2, КУ-23. Однако надо помнить, что наряду с этими катионами будут удаляться и другие, например Са2+, Mg2+, K+ и т. д.

При помощи ионообменных смол (анионитов), например, АВ-17, можно удалять анионы NO2‾‾, NO3‾‾, РО43‾‾, SO42‾‾ и др. Подготовка катионитов и анионитов к использованию в фильтрах аналогична той, которая применяется перед опреснением воды, однако вместо растворов соляной кислоты и щелочи здесь следует использовать 5-10%-ный раствор хлорида натрия NaCl для обработки смол обоих типов.

Недостатком смол является их быстрое загрязнение органическими веществами. Поэтому для обеспечения нормальной работы ионообменного фильтра вода предварительно должна пройти через механический, а еще лучше и через биологический фильтры.

В качестве наполнителей фильтров, которые могут осуществлять химическую очистку воды, следует назвать верховой торф. Торфяные фильтры используются в тех случаях, когда надо получить мягкую и кислую воду и поддерживать ее в таком состоянии. С использованием торфяного наполнителя (периодически заменяя его на свежий) можно в течение 2— 3 дней воду очень высокой жесткости (20 °dGH) превратить в мягкую (менее 4 °dGH).

 

Очистка воды флотацией

Флотация — удаление нежелательных примесей из воды вместе с образующейся пеной. Этот метод, хорошо известный в горнообогатительной промышленности, был успешно применен в аквариумной практике.

Сущность метода основана на способности многих веществ адсорбироваться на поверхности пузырьков газа, проходящих через жидкость. Пузырьки газа поднимаются к поверхности жидкости, образуя пену, в которой концентрируются нежелательные примеси. Пена вместе с примесями удаляется и таким образом происходит очистка воды.

На рис. 31 представлена схема простейшего флотатора. Принцип его работы состоит в следующем. Вода из аквариума через механический фильтр непрерывно поступает во флотатор. Воздух из компрессора подается в распылитель (1), после чего в виде большого количества мелких пузырьков поднимается к поверхности воды. На поверхности пузырьков происходит адсорбция, главным образом, органических веществ. На поверхности флотатора образуется пена, которая задерживается пеноуловителем (2) и выносится в емкость для сбора загрязнений. Очищенная вода подается в аквариум или другие очистительные устройства. Флотационную очистку хорошо проводить перед ее биологической фильтрацией.

 


 


Рис. 31. Фильтр для очистки, воды; 1 — распылитель, 2 — пена

 

Озонирование воды

Озон О3 — сильнодействующее дезинфицирующее и окисляющее вещество. Озон нашел применение в аквариумной практике для очистки воды.

Получают озон в специальных приборах — озонаторах. Собрать озонатор аквариумист может самостоятельно, например, воспользовавшись консультациями авторов В. Мигулина (журнал «Рыбоводство», 1985, № 3, с. 42 — 44) и Е. Овсянникова (журнал «Рыбоводство и рыболовство», 1980, № 7, с. 29 и 1982, № 3, с. 32). Эти озонаторы состоят из генератора на радиолампах или полупроводниковых приборах и газоразрядной трубки, из которой газ поступает в емкость для обеззараживания воды.

Озон за короткий промежуток времени уничтожает в воде бактерии, окисляет растворенные органические вещества и в меньшей степени неорганические ионы (соединения серы HS, S2, азота NH4+, NH3, NO2, углеводороды).

Существенное преимущество озонирования состоит в том, что озон не оставляет в воде вредных веществ после обработки. Следы этого газа, токсичного для гидробионтов, удаляются через непродолжительное время. Установлено, например, что водоросли погибают при концентрации О3 вводе 0,5—1,0 мг/л; дафнии и циклопы — при концентрации около 2 мг/л.

Озонирование воды следует проводить не в аквариуме, а в отдельном сосуде, чтобы избежать повреждения рыб. Воду из этого сосуда следует подавать в аквариум через угольный фильтр, с помощью которого удаляют следы растворенного озона, предупреждая их попадание к рыбам.

Озонирование воды особенно эффективно, если оно сочетается с другими методами очистки воды. Например, можно озонировать воду после флотаторов или биологических фильтров.

 

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Обработка воды ультрафиолетовыми лучами позволяет проводить ее дезинфекцию: уничтожаются различные нежелательные микроорганизмы, которые развиваются в большом количестве при содержании в замкнутой системе аквариума большого числа рыб. Этим способом можно освободить воду от бактерий, вирусов, спор грибков (сапролегнии и др.) и некоторых простейших.

Источником ультрафиолетового излучения могут служить специальные лампы (например, типа БУФ), которые похожи на обычные люминесцентные лампы, но без слоя люминофора. В дезинфицирующих устройствах вода должна протекать по стеклянной трубке, расположенной вдоль лампы. Скорость подачи воды должна быть не очень высокой.

Наибольшего эффекта облучение в ультрафиолетовой области света достигает при совмещении с другими видами очистки воды, в частности с биофильтрацией.

 

© 2005 Redseafish.ru
Несанкционированное копирование и использование материалов запрещено

Общие вопросы, теория
Аэрирование воды
Методы фильтрации
Биологическая фильтрация
Механическая фильтрация
Свет и тепло в аквариуме
Виды освещения в аквариумистике
Тесты для воды
Технические описания аквариумного оборудования
Компрессоры и распылители
Светильники
Лампы
Внешние фильтры
Наполнители для фильтров
Внутренние фильтры
Обогреватели
УФ облучение
Пеннообразователи. Флотаторы
Денитраторы. Нитрат-редукторы
Холодильники
Измерители
Компьютеры
Разное
Аксессуары
Заведи себе рыбку клоуна - немо
Астронотусы
Аквариум размером с океан
 
Ещё »



Москва
e-mail: info@redseafish.ru
Copyright© 2005-2011