Механическая - фильтр служит для задержки крупного, не растворенного в воде, мусора. Поскольку экскременты рыб и остатки пищи являются источником токсичного аммиака, то наилучший способ не допустить гниения - это удалить их из аквариума (к тому же крупный мусор в аквариуме некрасиво выглядит). Что и достигается путем использования крупноячеистого фильтра или губки, который регулярно надо промывать. К подобной механической фильтрации можно и отнести и регулярную чистку дна сифоном, которую надо делать при каждой смене воды. Механическая фильтрация может использоваться и для очистки воды от взвешенных частиц, например, с использованием диатомового фильтра, который способен даже отфильтровать водоросли, вызывающие "зеленую воду".
Химическая - фильтр удаляет растворенные в воде вещества. Наиболее популярным видом химической фильтрации является использование активированного угля. Другим способом является использование различных ионообменных смол (например, цеолита (zeolit) для удаления аммиака из воды). К химической фильтрации можно отнести и флотационные колонки (protein skimmer), которые удаляют органические молекулы из воды, прежде чем они будут разложены с выделением аммиака. Озонаторы тоже в какой то степени выполняют химическую фильтрацию путем окисления органики.
Биологическая - наиболее важный вид фильтрации, в результате которого токсичный аммиак преобразуется в нетоксичные нитраты. Это осуществляется бактериями, Подробно данная фильтрация рассмотрена ниже. К этому же типу фильтрации можно отнести и поглощения аммиака, нитратов, фосфатов и других веществ растениями и водорослями.
Между этими видами фильтрации нельзя провести четкой границы. Например, механический фильтр или активированный уголь служат и местом заселения бактерий, которые разлагают аммиак. Среда для биофильтрации задерживает мусор и т.д. Поэтому надо говорить о совокупности всех видов фильтрации.
Нитратный цикл в аквариуме
Этот цикл - один из многих биологических циклов, происходящих в аквариуме. Но именно он наиболее важен для понимания процесса фильтрации воды от токсичного аммиака.
Здесь цикл изображен в упрощенном виде и показаны только основные детали. Аммиак и аммоний образуются при дыхании рыб, гниении растений и прочей органики. Про их токсичность сказано выше. В результате деятельности бактерий аммоний превращается в нетоксичные нитраты, которые поглощаются растениями. Наряду с нитратами, растения поглощают аммиак/аммоний и нитриты. Даже предпочитая аммиак/аммоний, поскольку при этом затрачивается меньше энергии, но полагаться на этот процесс можно только в исключительных случаях, когда аквариум представляет собой заросший сад, поэтому для начинающих аквариумистов такой способ фильтрации слишком сложен.
В местах аквариума, где недостаточно кислорода, происходит обратный процесс - анаэробные бактерии извлекают необходимый им кислород из молекулы нитрата. Такой процесс используется для биологической денитрации - уменьшения содержания нитратов в воде. В аквариуме такие процессы развиваются, например, в грунте, где может возникнуть недостаток кислорода. Следует заметить, что бактерии извлекают кислород и из сульфатов и при этом образуется газ H2S, имеющий запах тухлых яиц. Именно этот газ поднимается пузырями из загнившего грунта, если его поворошить. Этот газ очень токсичен для рыб и при его появлении следует заняться грунтом основательно.
Магическое слово - биофильтрация
Вероятно, многие видели это слово в рекламе того или иного фильтра/наполнителя к фильтру и т.д. Даже используется такое слово - биофильтр. Так что же все-таки оно значит? И нужен ли специальный фирменный керамический наполнитель в фильтр за большие деньги, чтобы иметь в аквариуме биофильтрацию.
Как видно из диаграммы нитратного цикла, процессом биофильтрации называется преобразование токсичного для рыб аммиака в нетоксичные нитраты (с буквой "а"). Данный процесс осуществляется бактериями (отсюда и слово био-, в отличие, от химической фильтрации аммиака). Достаточно просто. Отсюда понятно, что для эффективной биофильтрации вам нужны бактерии, место для их заселения, кислород (поскольку бактериям нужен кислород). Бактерии заведутся сами в аквариуме (о чем написано в разделе про запуск аквариума), про место для заселения и кислород вам придется позаботиться. Для своей жизнедеятельности бактериям требуется место для заселения. Они не могут перерабатывать органику, плавая в воде. Почему? Поставьте себя на место бактерии. У вас нет ни рук, ни ног, поэтому вам можно ухватить только тот кусок пищи, который сам попал в рот, подцепить на расстоянии возможности нет - можно только исходить слюной. Плаваете вы с той же скоростью, что и пища - рук и ног нет. Понятно? В общем, лучше всего, когда вы сидите неподвижно, а пища попадает сама в рот. В принципе, бактерии селятся везде - они есть на стенках аквариума, грунте, растениях и т.д. Но площадь поверхности у стенок аквариума небольшая, поэтому надо предоставить им еще свободной жилплощади. Тут уже все зависит от вашей фантазии. Если вы используете донный фильтр (фальшдно), то местом заселения бактерий, является грунт и плата под ним. Для внутреннего фильтра, таким местом является губка, у которой поверхность, за счет ее пористости, очень большая. Для канистрового фильтра - наполнители - губка, керамика, кусочки трубочек от Пепси-колы (или Кока-колы, кто что больше любит) и т.д. Пористая керамика обладает очень большой площадью поверхности по отношению к объему. Также, в мелких порах, где недостаток кислорода (весь кислород потреблен бактериями, которые селятся у входа в дырки), поселяются анаэробные бактерии, которые разлагают нитраты - процесс денитрации. Это аналогично процессу денитрации, происходящему в риф-аквариуме с использованием "живых камней" (live-rock). Денитрация рассмотрена отдельно и она не столь важна для поддержания аквариума в хорошем состоянии.
Важным моментом является наличие кислорода в воде. Процесс биофильтрации - окислительный процесс и требует кислорода. Для этого используют всякие ухищрения - "био-колесо" (bio-wheel), разбрызгивание воды над фильтрующей средой (trickle, wet-dry фильтры) и т.д. Все это рассмотрено в соответствующих разделах. При недостатке кислорода процесс биофильтрации останавливается, может произойти гибель бактерий и начаться обратный процесс с образованием аммиака и т.д. Например, нельзя оставлять внешний фильтр без протока воды на целый день. Если вам надо отключить фильтр на время лечения рыб, то лучше всего поместить его в отдельную емкость и включить распылитель для насыщения воды кислородом. По этой же причине следует регулярно чистить фильтр, не допуская зарастания его грязью. Только те бактерии эффективны, которые находятся в контакте с водой и имеют доступ к кислороду. Нижние слои бактерий бесполезны. В этом смысле песочный (fluidized bed) фильтр, в котором происходит постоянное перемешивание песка.
К биофильтрации можно и отнести процесс поглощения аммиака и других органических соединений растениями и водорослями. Интересно, что растения предпочитают аммиака нитратам. На этом принципе построены фильтры, в которых основным элементом являются растения или водоросли - algae-scrubber.
В итоге, процесс биофильтрации не является чем-то сложным, и понимание основных его принципов дает возможность додумать самому способы увеличения его эффективности.
