Нужна ли в аквариуме фильтрация?
И. ВАНЮШИН
Журнал "Миллион Друзей" №2-3, 1999 г.
Современная аквариумистика отвечает на этот вопрос положительно. "Словарь русского языка" С.И.Ожегова объясняет понятие "фильтрация" как "просачивание, естественное процеживание " жидкостей через пористее вещества", а фильтр - "прибор, устройство или сооружение для очищения жидкостей, газов от твердых частиц, примесей" (там же).
Невозможно себе представить, сколько существует конструкций фильтров. Более того, почти каждый аквариумист вносит свой вклад, изменяя виденное или создавая что-то оригинальное, свое, в ту пору когда всерьез заинтересуется фильтрацией воды. Было бы непростительной тратой сил и времени читателя разбирать достоинства и недостатки этой бесконечной вереницы фильтрующих приспособлений. Я попытаюсь объяснить суть процесса и обстоятельства, от которых зависит качество управляемой очистки воды в аквариуме. Далее любитель сам сможет выбрать (или сконструировать) подходящий для себя фильтр. Что же удается отфильтровать в аквариуме? Самый первый объект - взвесь, плавающие в толще воды мелкие и средние частицы различного происхождения и ухудшающие ее прозрачность. В аквариуме, где нет принудительной фильтрации, происходит медленное осаждение частиц на дне. В некоторой степени роль фильтранта, т.е. фильтрующего материала, играют растения (особенно мелколистные), задерживающие на себе осадок. Дно постепенно заиливается. Фильтры же в той или иной степени, в зависимости от их конструкции, забирают в себя эту взвесь. Такой вид фильтрации иногда называют механическим. Следующим объектом фильтрации служат уже вещества, насыщающие воду. Во-первых, это соли, различные химические соединения, заведомо имеющиеся в воде, которую использует любитель. Во-вторых, это газы, попадающие как из воздуха, так и в результате жизнедеятельности ее обитателей. В-третьих, это выделения живущих в воде организмов, растворимые продукты разложения (минерализации) органических веществ: несъеденной пищи, погибших обитателей и т.д.
В любом аквариуме рано или поздно в работу по очистке воды включается естественная живая лаборатория - мир простейших, грибов и бактерий - которая изменяет, реконструирует растворенные химические соединения, высвобождая энергию и используя элементы, нужные для ее собственного потребления. Этот процесс называют биологической фильтрацией. Он неоднократно и весьма подробно изложен в обширной аквариумной литературе. Здесь же я перескажу его условную схему как основу для выводов и рекомендаций. В результате распада органических молекул в воду поступают углекислота и аммиак. Бактерии, выполняющие эту работу, всегда присутствуют в воде и, получая пищу, быстро увеличивают свою армию до нужных размеров. Углекислоту употребляют растения и водоросли, а аммиак - бактерии-нитрификаторы (род Nitrosomonas sp.), которые в присутствии и с помощью кислорода окисляют аммиак (а заодно с ним и соединения аммония), образуя нитриты (NO2). Далее нитрофикаторы рода Nitrobakter sp. нитриты преобразуют в нитраты (NО3). Потребителями нитритов и нитратов являются те же растения и водоросли, а также анаэробные бактерии. Последние фактически завершают процесс очистки, преобразуя нитриты и нитраты в конечном итоге в азот, который уже в виде газа растворяется в воде. В заключение этого поверхностного описания следует добавить, что все бактерии, населяющие аквариум, на практике "трудятся" одновременно.
В самом общем случае любитель заинтересован в благоденствии как растений, так и рыб. Как очевидно, продукты распада органики благоприемлемы для растений на всех его этапах, чего нельзя сказать о рыбах. В этом отношении рыбы и растения как бы антагонисты: что полезно одним - вредно другим, хотя это понятие не следует воспринимать категорично, есть и примиряющее их сходство. Как - рыбам, так и растениям нужнее всего свежая вода подходящих параметров. Для рыб губительно вредоносны аммиак и нитриты. Их воздействие выражается в блокировании функции гемоглобина крови как переносчика кислорода - рыбы задыхаются. При высоком насыщении ими воды рыбы погибают от удушья. Здесь уже можно сделать общий вывод: поскольку нельзя избежать попадания в аквариум разлагающейся органики, следует, насколько это возможно, ускорить процесс нитрификации, чтобы ядовитые продукты распада быстро переходили в менее опасную форму. Добиться этого можно, создав в аквариуме условия, способствующие развитию полезных бактерий, бактерии, занимающиеся привычным расщеплением органики, живут в толще воды, то нитарификаторам нужен субстрат (в аквариумистике этим словом обозначается объект, основание, служащее для прикрепления водных организмов или продуктов их жизнедеятельности). Они располагаются в тонком слое слизи, выделяемой ими самими и покрывающей поверхность всех подводных объектов неживой природы: стекол, камней, гравия, погруженного оборудования и т.д. Отсюда первое условие - чем больше поверхность, пригодная для жизни нитрификаторов, тем большее количество бактерий сможет на ней расселиться. Второе условие - достаточное количество кислорода. В опытах известного американского специалиста Стефана Спотта вода, прошедшая через 48-сантиметровый слой гравия, населенного бактериями, теряла до 20% растворенного кислорода. Таким образом, быстрая нитрификация обеспечивается большой поверхностью фильтранта, интенсивно омываемого водой, содержащей кислород. Исследования показывают, что плотность населения бактерий непостоянна и зависит от количества пищи: истощаются аммиак и нитриты - колония сокращается. Но если питания и кислорода вдоволь, то рост колонии ограничивает уже упомянутое выше первое условие и не востребованнные ядовитые продукты распада остаются в воде, отравляя рыб. В стабильных условиях количество бактерий соответствует объему поступающей в воду органики. Для увеличения площади, заселяемой бактериями-нитрификаторами, служит так называемый "биологический фильтр".
В самом общем случае - это емкость с субстратом, через который постоянно прокачивается вода. Чем больше общая площадь элементов субстрата, тем больше колония бактерий. Их жизнь в фильтре висит, что называется "на волоске": стоит отключить прокачку, и они уже через несколько часов погибают, израсходовав доступный кислород. Субстратом-наполнителем может быть любой нетоксичный (не выделяющий в воду вредных веществ) материал: гравий, щебень, галька, мелкие пластмассовые фрагменты (шарики, обрезки трубок, разные специально формованные изделия и т.д., и т.п.), стойкие искусственные волокнистые материалы, а также любые комбинации из всего перечисленного, но цель остается одна - получить возможно большую поверхность при малом общем объеме.
Наиболее известной конструкцией биологического фильтра является донный фильтр. Крупнофрагментный грунт укладывается на перфорированное фальш-дно, сквозь которое движется откачиваемая (иногда накачиваемая) вода. Процеживаясь через грунт, она очищается механически, а бактерии, обитающие на его фрагментах, по мере сил нитрифицируют органику. Заиливающееся дно приходится периодически чистить, восстанавливая его проницаемость. Обратимся снова к исследованиям С. Спотта. Он считает, что при донной фильтрации минимальная толщина слоя гравия должна быть не менее двух дюймов (50,8 мм) по всей площади дна, а диаметр частиц грунте - 2-4 мм. Ориентируясь на такой объем фильтранта, можно примерно оценить эффективность биофильтра. К примеру, если фильтр (наружный или внутренний - равнозначно) имеет объем субстрата-наполнителя 10 литров (около ведра), он сможет обеспечить биофильтрацию в аквариуме с площадью дна 40x50 см. Подразумевается, что аквариум имеет обычные пропорции, когда его высота равна ширине (иногда говорят: глубине). Очевидно, что увеличение объема субстрата играет положительную роль, тогда как его сокращение ситуацию ухудшает.
Более эффективными считаются так называемые "мокро-сухие" фильтры. Разнообразие любительских конструкций здесь тоже очень велико. Суть сводится к следующему: субстрат фильтра не располагается под водой, а только постоянно омывается (обливается) ею, всегда оставаясь влажным. Бактерии живут как бы у поверхности воды, получая в достатке кислород. Эти фильтры зачастую имеют довольно-таки громоздкие конструкции. Они устанавливаются выше уровня аквариума. Поднимаемая вода изливается на поверхность субстрата, а затем стекает с него, фильтруясь, назад в аквариум. Более сложен наружный мокро-сухой фильтр германской фирмы "Эхайм" (Eheim). В нем фильтрант то заливается водой, то обнажается снова, обогащаясь кислородом. Фильтр герметичен и располагается ниже аквариума. Вода заполняет его самотеком, а откачивается постоянно работающей помпой, выводной канал которой периодически перекрывается поплавком.
Несколько особняком, на мой взгляд, стоят устройства, использующие в качестве фильтранта поролоновые губки. Особенность их состоит в том, что поролон, благодаря своему строению, имеет обширную общую поверхность при небольших внешних размерах. Такие фильтры-губки используются любителями небольших емкостей. Эти фильтры хороши еще тем, что способствуют установлению биологического равновесия даже в "гигиенических" аквариумах без грунта и растений, собирая из воды взвесь и служа удобным плацдармом для бактерий- нитрификаторов. Поролон в качестве фильтранта с успехом используется во внутренних фильтрах аквариумов германской фирмы "Ювель" (Juwel). Эти фильтры компактны, занимают мало места в аквариуме. Вода в них прокачивается с помощью помпы высокой производительности. В зависимости от размеров аквариума изменяется мощность устанавливаемой помпы и объем губок-фильтрантов с таким расчетом, что через фильтр прокачивается в течение часа 3-4 объема аквариума, а на один литр воды приходится 15-20 куб. см поролона. При такой интенсивной фильтрации ил на дне почти не оседает, так как возникающая взвесь в короткое время осаждается в фильтре. Рабочая поверхность губок достаточно велика. Поролон, используемый в фильтрах, имеет отличительную особенность: он обладает хорошей проницаемостью - вода быстро и, полностью стекает из вынутой из воды губки. Фильтр неудобен при кормлении рыб мелким живым кормом: он его быстро собирает.
Следует помнить, что на полную мощность биофильтр выходит довольно-таки продолжительное время: от двух недель до полугода. И еще, чем выше скорость прокачки воды, тем быстрее фильтр входит в рабочее состояние и тем эффективнее он работает.
Несколько слов о фильтрах-помпах, которые за последние годы получили широкое распространение. Они оснащаются мощными качающими устройствами, но в то же время имеют небольшие фильтрующие элементы. Эти фильтры хорошо перемешивают воду в аквариуме и фильтруют взвесь, но площадь их фильтрантов зачастую слишком мала, чтобы они могли играть существенную роль в нитрификации органики.Так, объем губки составляет: FLUVAL 3 -160 см3, a FLUVAL 4 - 330 cм3.
Конечным продуктом деятельности бактерий-нитрификаторов являются нитраты - NО3. Они относительно безобидны, пока не достигают высокой концентрации.Тогда они начинают угнетать жизнедеятельность как рыб, так и растений. В природе на этом процесс превращений азота не останавливается. В дело вступают анаэробные бактерии-денитрификаторы, восстанавливающие азот. Они обитают в бескислородной среде. В аквариуме такие условия создаются, в основном, в нижних слоях непроточного грунта и колония этих бактерий никогда не разрастается до размеров, способных полностью потреблять продукты нитрификации. Не успевают это сделать и растения. Выход -только в регулярной замене части воды на свежую. Для подавляющего большинства рыб добавление свежей воды полезно уже потому, что снижает концентрацию веществ, отравляющих их существование. А как реагируют на это растения? На основе многолетних наблюдений немецкого исследователя К. Хорста за жизнью водных растений в ручьях и реках Цейлона, Малайзии, Индонезии можно сделать вывод, что для их благополучного развития важно не изобилие питательных веществ в воде, а стабильность среды обитания. Капризничающие в аквариуме криптокорины процветают в природе в такой воде, которую мы у себя считаем дистиллированной, причем при полном отсутствии предмета нашей заботы: аммиака, нитратов и нитритов. Это может значить только одно: присутствие этих веществ в воде для растений не обязательно. Таким образом, постоянное удаление из воды соединений азота полезно для рыб и безвредно для растений. Более того, в воде, свободной от нитратов влачат жалкое существование или погибают вечные враги аквариумиста - водоросли.
Аквариумисты часто применяют физический адсорбционный метод очистки воды активированным углем. Из воды, омывающей его гранулы, быстро и эффективно удаляются застревающие в порах угля крупные органические молекулы. Этот хороший способ очистки вместе с тем чреват некоторой опасностью внезапного отравления рыб. Известны случаи массовой гибели рыб после установки угольного фильтра. Из переполненных пор со временем могут вываливаться "комки" отфильтрованных веществ, порой подвергшихся неконтролируемым химическим изменениям. Когда именно наступает момент переполнений, предсказать трудно. Качество самого угля, его исходная наполненность веществами из воздуха (открытый уголь "чистит" воздух), степень загрязнения воды, скорость ее перекачки и другие неподдающиеся учету факторы приближают опасный рубеж. Я не ратую за отказ от угольной фильтрации: сам иногда ею пользуюсь. Нужна осторожность. Доктор С.Спотт применительно к морскому аквариуму дает такую рекомендацию: одна унция (28,35 грамма) угля на каждые 25 галлонов (96,6 литра) воды не должна работать более двух недель при включении фильтра через день. Этой же рекомендацией без особой натяжки можно пользоваться и для пресноводного аквариума. Своих свойств уголь не восстанавливает, по крайней мере способы его регенерации, доступные аквариумисту в домашних условиях, мне не знакомы.
Другим известным физическим методом достаточно хорошей очистки воды является ее дистилляция. Для многих аквариумистов это и единственный доступный способ получения мягкой воды. Недостатки тоже известны. Это большие энергетические затраты, низкая производительность дистилляторов и необходимость повторной дистилляции (бидистилляции) для получения воды с жесткостью менее 1 odGH.
Следует упомянуть и о входящей в широкое употребление в мире осмотической или мембранной очистке воды. Это тоже физический способ, при котором вода "продавливается" через микроскопические поры специальной пленки (мембраны), пропускающей только молекулы воды. Поток из обычного водопровода мембрана разделяет на две части: одна, представляющая очищенную воду, используется для домашних нужд, а вторая, обогащенная отраженными мембраной примесями, сливается в канализацию. По производительности домашних установок способ близок к дистилляции.
Сравнительно редко любители используют деминерализацию воды с помощью ионообменных смол. Это уже химическая очистка воды с почти полным изъятием всех веществ, растворенных в воде. Кроме всего прочего, ионообменная смола еще и прекрасный механический фильтрант. Теоретически на выходе должна получаться химически чистая Н20. В любительских условиях в воде остается 0,1-0,2 жесткости при электропроводности 20-25 мс.
