Аквариумные фильтры являются важнейшими компонентами как пресноводных, так и морских аквариумов. [1] [2] [3] Аквариумные фильтры удаляют физические и растворимые химические отходы из аквариума, упрощая обслуживание. Кроме того, аквариумные фильтры необходимы для поддержания жизни, поскольку аквариумы представляют собой относительно небольшие закрытые объемы воды по сравнению с естественной средой обитания большинства рыб. [4]
Животные, обычно рыбы, содержащиеся в аквариумах, производят отходы в результате экскрементов и дыхания. Другим источником отходов являются несъеденные продукты питания или погибшие растения и рыба. Эти отходы собираются в резервуарах и загрязняют воду. По мере повышения степени загрязнения увеличивается риск для здоровья аквариумов, и удаление загрязнения становится критически важным. Фильтрация – распространенный метод, используемый для поддержания здоровья аквариумов.
Правильное управление азотным циклом является жизненно важным элементом успешного аквариума. Экскреции и другие разлагающиеся органические вещества производят аммиак , который очень токсичен для рыб. Бактериальные процессы окисляют этот аммиак в немного менее токсичные нитриты , которые, в свою очередь, окисляются с образованием гораздо менее токсичных нитратов . В естественной среде эти нитраты впоследствии поглощаются растениями в качестве удобрений, и это действительно в некоторой степени происходит в аквариуме, засаженном настоящими растениями.
Однако аквариум — это несовершенный микрокосм мира природы. Аквариумы обычно заполнены рыбой гораздо плотнее, чем естественная среда. Это увеличивает количество аммиака, вырабатываемого в относительно небольшом объеме аквариума. Бактерии Nitrosomonas , отвечающие за расщепление аммиака путем преобразования его в нитрит, колонизируют поверхность любых предметов внутри аквариума. Бактерии, которые затем преобразуют нитрит в нитрат, — это Nitrospira и Nitrobacter . [5] В большинстве случаев биологический фильтр представляет собой не что иное, как химически инертную пористую губку, которая обеспечивает значительно увеличенную площадь поверхности, на которой могут развиваться эти бактерии. Для формирования этих бактериальных колоний требуется несколько недель, в течение которых аквариум уязвим к состоянию, известному как «синдром нового аквариума», если слишком быстро заселить его рыбой. Некоторые системы включают бактерии, способные превращать нитраты в газообразный азот. [6]
Накопление токсичного аммиака в результате разложения отходов является основной причиной смертности рыб в новых, плохо обслуживаемых или перегруженных аквариумах. [7] В искусственной среде аквариума азотный цикл фактически заканчивается выработкой нитратов. Чтобы уровень нитратов не достиг опасного уровня, необходимо проводить регулярную частичную подмену воды для удаления нитратов и введения новой, незагрязненной воды. [8]
Процесс механической фильтрации удаляет твердые частицы из толщи воды. Эти твердые частицы могут включать несъеденную пищу, фекалии, остатки растений или водорослей. Механическая фильтрация обычно достигается путем пропускания воды через материалы, которые действуют как сито, физически улавливая твердые частицы. [1] Удаление твердых отходов может быть таким же простым, как сбор мусора вручную, и/или включать в себя очень сложное оборудование. Любое удаление твердых отходов включает фильтрацию воды через какую-либо сетку в процессе, известном как механическая фильтрация . Твердые отходы сначала собираются, а затем физически удаляются из аквариумной системы. Механическая фильтрация в конечном итоге неэффективна, если твердые отходы не удаляются из фильтра и не разлагаются и не растворяются в воде.
Растворенные отходы сложнее удалить из воды. Для удаления растворенных отходов используется несколько методов, известных под общим названием « химическая фильтрация» , наиболее популярными из которых являются использование активированного угля и пенное фракционирование . В определенной степени здоровые растения извлекают растворенные химические отходы из воды во время роста, поэтому растения могут играть роль в сдерживании растворенных отходов.
Последняя и менее распространенная ситуация, требующая фильтрации, связана с желанием стерилизовать передающиеся через воду патогены. Эта стерилизация осуществляется путем пропускания аквариумной воды через фильтрующие устройства, которые подвергают воду воздействию ультрафиолетового света высокой интенсивности и/или воздействию растворенного газообразного озона.
В качестве фильтрующих материалов для аквариумов подходят многочисленные материалы. К ним относятся синтетические волокна, известные в аквариумистике как фильтрующие волокна, изготовленные из полиэтилентерефталата или нейлона . В качестве механических фильтрующих материалов также используются синтетические губки или пенопласты , различные изделия из керамики, спеченного стекла и кремния, а также магматический гравий . Материалы с большей площадью поверхности обеспечивают как механическую, так и биологическую фильтрацию. Некоторые фильтрующие материалы, например пластиковые «биошарики», лучше всего использовать для биологической фильтрации.
За заметным исключением диатомовых фильтров, аквариумные фильтры редко имеют чисто механическое действие, поскольку бактерии колонизируют большинство фильтрующих материалов, обеспечивая некоторую степень биологической фильтрации. [1] Активированный уголь и цеолиты также часто добавляют в аквариумные фильтры. Эти высокопористые материалы действуют как адсорбаты , связывающие различные химические вещества на своей большой внешней поверхности [2] , а также как места колонизации бактерий.
Самый простой тип аквариумного фильтра состоит только из фильтровальной ваты и активированного угля. Фильтрующая вата задерживает крупный мусор и частицы, а активированный уголь адсорбирует более мелкие примеси. Их следует регулярно менять через соответствующие промежутки времени. [9] Это особенно важно в случае фильтров с активированным углем, которые могут повторно высвободить адсорбированное содержимое в больших (и, следовательно, вредных) дозах, если им дать возможность насытиться. [10] Активированный уголь адсорбирует токсины на расширенной пористой поверхности угля. Его нельзя активировать повторно кипячением в воде. Адсорбция активированного угля может быть восстановлена путем термической регенерации при температурах 500–900 °C (932–1652 °F), [11] электрохимической регенерации , ультразвука или других промышленных процессов. Для аквариумиста замена активированного угля свежим материалом является простой и недорогой задачей.
В продаже имеются многочисленные типы аквариумных фильтров, [12] в том числе:
Силовые фильтры или фильтры HOB (подвешиваемые на спине), приводимые в движение крыльчаткой , удаляют воду из аквариума, обычно с помощью длинной сифонной трубки, которая затем проталкивается (или протягивается) через ряд различных фильтрующих материалов и возвращается в аквариум. Это наиболее распространенный тип аквариумных фильтров. [1] Они часто больше подходят для резервуаров большего размера, чем другие типы. Однако они не обязательно являются лучшими для резервуаров меньшего размера, поскольку имеют тенденцию вызывать избыточный расход воды в резервуарах меньшего размера. Другие типы, например, губчатые фильтры, идеально подходят для этой среды. [13] [14]
Преимущества фильтров этого типа заключаются в том, что они позволяют выбирать различные типы фильтрующих материалов в зависимости от потребностей аквариума и что их легко чистить, не беспокоя обитателей аквариума, поскольку они расположены снаружи аквариума. К недостаткам сетевых фильтров относятся их меньшая емкость фильтрующего материала по сравнению с канистровыми фильтрами, их вышеупомянутая склонность к созданию чрезмерной скорости потока и то, что они имеют тенденцию быть очень шумными, обычно возникающими из-за вибрации. [15]
По сравнению с фильтрами, которые подвешиваются на задней части аквариума, внешние фильтры канистрового типа предлагают большее количество используемых фильтрующих материалов, а также большую степень гибкости в выборе фильтрующего материала. [2] Вода поступает в канистру, наполненную выбранным фильтрующим материалом, через заборную трубку в нижней части канистры, проходит через материал и подается обратно в аквариум через обратную трубу. Вода принудительно циркулирует через фильтр с помощью насоса, который обычно устанавливается в верхней части канистры. Важно отметить, что канистровые фильтры представляют собой герметичные, полностью затопленные системы, а это означает, что аквариум, впускная труба, внутренняя часть фильтра и возвратная труба образуют непрерывный водоем. В этой конфигурации как впускной, так и обратный путь образуют два сифона , которые точно уравновешивают друг друга. В этих условиях фильтр-насосу не приходится прилагать никаких усилий, чтобы поднять воду обратно в аквариум, независимо от того, на какой высоте последний установлен над канистрой. Насос должен быть достаточно мощным, чтобы проталкивать воду через фильтрующий материал, а также преодолевать сопротивление во впускной и обратной трубах. Это делает насосы для канистровых фильтров практически нечувствительными к разнице высот между аквариумом и фильтром (хотя превышение установленного производителем предела высоты может привести к утечкам).
Преимущества фильтров этого типа заключаются в том, что они могут обеспечить большой объем фильтрующего материала, не уменьшая внутреннего пространства аквариума, а также в том, что их можно отсоединить от резервуара для чистки/обслуживания и заменить, не нарушая интерьер аквариума или его обитателей. Кроме того, как фильтр с внешней разводкой, он поддерживает поточную установку другого аквариумного оборудования, например, водонагревателей и диффузоров углекислого газа . Такое оборудование можно снять с резервуара и установить в обратную трубу фильтра. К недостаткам канистровых фильтров относятся повышенная стоимость и сложность по сравнению с внутренними фильтрами, а также трудности с очисткой трубок, по которым вода поступает в аквариум и из него. [3] Существует также риск утечки, что, естественно, является проблемой для любого фильтра, установленного вне аквариума. Они тоже становятся жертвами проблемы избыточного расхода воды.
Канистровые фильтры изначально были предназначены для фильтрации питьевой воды под низким давлением. Канистровые фильтры для аквариумов [16] используют высокое давление воды от насоса с соответствующим приводом, чтобы протолкнуть воду через плотный фильтрующий материал. Насос может забирать воду из подгравийного фильтра и направлять ее в канистру для двойной фильтрации.
Диатомовые фильтры используются только для эпизодической чистки аквариумов, в аквариумах они не эксплуатируются постоянно. В этих фильтрах используется диатомит, образующий чрезвычайно тонкий фильтр размером до 1 мкм, который удаляет твердые частицы из толщи воды. [1]
Капельные фильтры, также известные как влажные/сухие фильтры, представляют собой еще одну систему фильтрации воды для морских и пресноводных аквариумов. [14] Этот фильтр поставляется в двух конфигурациях: одна размещается сверху аквариума (реже встречается), а другая — под аквариумом (чаще встречается).
Если влажный/сухой фильтр размещается сверху аквариума, вода перекачивается через ряд перфорированных лотков, содержащих фильтровальную вату или какой-либо другой фильтрующий материал. Вода просачивается через лотки, сохраняя фильтровальную вату влажной, но не полностью погруженной в воду, позволяя аэробным бактериям расти и способствуя биологической фильтрации. Вода возвращается в аквариум в виде дождя. [14]
Альтернативно, мокрый/сухой фильтр можно разместить под резервуаром. В этой конструкции вода самотеком подается в фильтр под аквариумом. Предварительно отфильтрованная вода подается на перфорированную пластину (капельницу). Предварительная фильтрация может осуществляться в аквариуме с помощью пенопластового блока или рукава в переливе или переливного сифона, либо с помощью фильтровальной ваты, опирающейся на перфорированную пластину. Загрязненная отходами вода из аквариума распространяется по капельнице и стекает вниз через среду. Это может быть фильтровальная вата/пластиковая сетка, свернутая в круглую форму (DLS или «двухслойная спираль»), или любое количество пластиковых материалов, широко известных как биошарики. По мере того, как вода омывает среду, выделяется CO 2 , захватывается кислород, а бактерии преобразуют отходы из резервуара в менее вредные материалы. Отсюда вода поступает в отстойник. Отстойник может содержать несколько отсеков, каждый со своим фильтрующим материалом. Часто в поддоне размещают ТЭНы и термостаты. [14]
Водоросли можно выращивать целенаправленно, что удаляет из воды химические вещества, которые необходимо удалить, чтобы иметь здоровую рыбу, беспозвоночных и кораллы. Это естественный («зеленый») метод фильтрации, который позволяет аквариуму работать так же, как океаны и озера. [17]
Водоросли и болезнетворные организмы также можно удалить, обработав воду ультрафиолетовым облучением , но недостатком ультрафиолета является то, что оно убивает и полезные бактерии. Поэтому УФ-обработка обычно используется только при необходимости, а не постоянно.
Перегородочные фильтры похожи на влажные и сухие капельные фильтры тем, что обычно располагаются под аквариумом. Этот тип фильтра состоит из ряда перегородок, через которые должна пройти вода, чтобы попасть в насос, возвращающий воду в аквариум. Эти перегородки действуют во многом как серия канистровых фильтров и могут быть заполнены различными фильтрующими материалами для разных целей. [18]
Фильтр с псевдоожиженным слоем (FBF) представляет собой только биологический реактор. Принцип заключается в том, чтобы направить воду через слой песка (или аналогичного материала) снизу, чтобы песок стал псевдоожиженным и вел себя как жидкость. Этот механизм наблюдается в сжижении , сыпучем песке и промышленных процессах, включая очистку городских сточных вод . Суммарная поверхность всех частиц песка в фильтре очень велика, поэтому имеется большая поверхность для аэробных денитрификационных бактерий. Поэтому размер фильтра может быть скромным.
Сам фильтр может быть внутренним или внешним. В своей простейшей внутренней версии FBF, сделанной своими руками , очень легко построить, используя контейнер, песок, насос и водопровод. Существует множество переменных: форма и размер контейнера, количество песка или его эквивалента, размеры частиц, мощность насоса и водопровод.
Внутренние фильтры – это, по определению, фильтры внутри аквариума. К ним относятся губчатый фильтр, варианты углового фильтра (на фото вверху справа и слева), поролоновый картриджный фильтр и подгравийный фильтр. [1] Внутренний фильтр может иметь электрический насос и, таким образом, представлять собой внутренний силовой фильтр, часто прикрепляемый к внутренней части аквариума с помощью присосок.
Губчатые и угловые фильтры (иногда называемые коробчатыми фильтрами) работают по существу по тому же механизму, что и внутренний фильтр. Оба обычно работают за счет эрлифта , используя пузырьки воздуха из воздушного насоса, поднимающиеся в трубке для создания потока. В губчатом фильтре входное отверстие может быть закрыто только простым пенопластовым блоком с открытыми порами. Угловой фильтр немного сложнее. Эти фильтры часто размещают в углу на дне аквариума. Вода поступает через щели в коробке, проходит через слой среды, затем выходит через эрлифтную трубку и возвращается в аквариум. Эти фильтры, как правило, подходят только для небольших и малонаселенных аквариумов. Губчатый фильтр особенно полезен при выращивании мальков, поскольку губка предотвращает попадание мелкой рыбы в фильтр. [14]
Подгравийные фильтры, один из старейших типов фильтров, состоят из пористой пластины, которая помещается под гравий на дне аквариума, и одной или нескольких подъемных трубок. Исторически сложилось так, что подземные фильтры приводились в действие за счет вытеснения воздуха. Воздушные камни помещаются в основание подъемных труб, которые вытесняют воду из подъемной трубы, создавая отрицательное давление под подземной фильтрующей пластиной (также называемой пленумом). [19] Затем вода просачивается сквозь гравий, который сам по себе является фильтрующим материалом. [1] Больший расход воды через гравий может быть достигнут за счет использования водяного насоса, а не за счет вытеснения воздуха. [1]
Полезные бактерии колонизируют гравийную подушку и обеспечивают биологическую фильтрацию, используя в качестве биологического фильтра сам субстрат аквариума. [9] [14]
Подземные фильтры могут нанести вред здоровью водных растений. [9] Мелкие грунты, такие как песок или торф, могут засорить подгравийный фильтр. [14] Подгравийные фильтры по-прежнему эффективны, даже если слой субстрата неровный. В неровном гравийном слое вода по-прежнему будет течь через обе части слоя, оставляя более густо покрытые участки для культивирования анаэробных бактерий, которые могут нейтрализоваться и накопить нитраты.
{{cite book}}: |first=имеет общее имя ( справка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )